Magnetisches Wechselfeld-Responsive Hybrid Gelatine Mikrogele der gezielten Medikamentenapplikation
Summary
Wir präsentieren eine einfache Methode, um eine biologisch abbaubare Gelatine-basierte Wirkstofffreisetzung Plattform herzustellen, die magneto-thermisch anspricht. Dies wurde durch den Einbau von superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikel und Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) innerhalb eines kugelförmigen Gelatinemikro Netzwerk von Genipin, System in Verbindung mit einem magnetischen Wechselfeld Anwendung vernetzt erreicht.
Abstract
Magnetisch reagierende Nano / Mikro-engineered Biomaterialien, die eine streng kontrolliert, On-Demand-Arzneimittelabgabe ermöglichen wurden als neue Arten von Smart Soft Geräte für biomedizinische Anwendungen entwickelt. Obwohl eine Reihe von magnetisch ansprechenden Arzneimittelabgabesysteme Wirksamkeiten entweder durch in vitro Nachweis der Konzeptstudien oder in vivo präklinischen Anwendungen gezeigt haben, im klinischen Umfeld ihre Verwendung ist durch ihre unzureichende biologische Abbaubarkeit oder Biokompatibilität noch begrenzt. Darüber hinaus verlassen sich viele der bestehenden Plattformen, auf ausgeklügelte Techniken für ihre Erfindungen. Wir haben kürzlich gezeigt, die Herstellung von biologisch abbaubaren, auf Gelatinebasis thermo-responsive Mikrogel durch physikalisches Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) -Ketten als Nebenkomponente in einem dreidimensionalen Netzwerk Gelatine Einschließen. In dieser Studie stellen wir ein einfaches Verfahren ein biologisch abbaubares Wirkstofffreisetzung Plattform herzustellen, die eine magneto-T ermöglichthermally ausgelöst Wirkstofffreisetzung. Dies wurde durch den Einbau von superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikel und thermo-responsive Polymere innerhalb Gelatine basierenden kolloidalen Mikrogele, in Verbindung mit einem magnetischen Wechselfeld Applikationssystem erreicht.
Introduction
Stimuliresponsive Drug-Delivery-Systeme, die eine streng kontrollierte Medikamentenabgabe als Reaktion auf entweder endogener oder exogener Reize (z. B. Temperatur oder pH-Wert) ermöglicht wurden als neue Arten von Smart Soft Geräte zur Arzneimittelabgabe umfassend untersucht. Microscale Hydrogele sind als Drug-Delivery-Plattform in sehr beschäftigt, dass sie verleihen steuerbar und nachhaltige Arzneimittelfreisetzungsprofile sowie abstimmbaren chemischen und mechanischen Eigenschaften 1-3. Insbesondere zeigen die kolloidalen Mikrogele viele Vorteile als Vehikel zur Arzneimittelabgabe aufgrund ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit auf äußere Reize und geeignet Injizierbarkeit zu lokalen Gewebe in einem minimal-invasive Art und Weise 4. Die Poly (N-isopropylacrylamid) (pNIPAM) oder deren Copolymere sind durch Pfropfen pNIPAM mit biologisch abbaubaren / biologisch verträglichen Polymeren, einschließlich Gelatine, Chitosan, Alginat Säure oder Hyaluronsäure bei der Synthese thermo-responsive Mikrogele weithin angenommen wurde 5,6Bei dem eine Phasenübergangscharakteristik pNIPAM an seinem unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) als Auslöser der Arzneimittelfreisetzung 7 verwendet werden. Wir haben kürzlich gezeigt, eine Herstellung von biologisch abbaubaren, auf Gelatinebasis thermo-responsive Mikrogel durch Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) [p (NIPAM- co -AAm)] Ketten als eine Nebenkomponente in dreidimensionale Netzwerke Gelatine 8 enthält. Die Gelatine / p (NIPAM- co -AAm) Mikrogel einen abstimmbaren Entquellung zu Temperaturanstieg zeigten, die zur Freisetzung von Rinderserumalbumin (BSA) positiv korreliert.
Während der letzten Jahre gab es Bemühungen zugenommen eine magnetisch reagierende Drug-Delivery-Plattform zu entwickeln, die die Freisetzung des Arzneimittels in einem On-Demand-Mode 9,10 auslösen können. Das Grundprinzip für die Synthese von magnetisch ansprechenden Arzneimittelabgabeplattform nutzt die Eigenschaft von superparamagnetischen Nanopartikel (MNP) Wärme zu erzeugen, wenn sie eine Hochfrequenz-Wechselmagnetfeld (AMF) erhalten, die eine temperaturempfindliche Wirkstofffreisetzung auslöst. Dies hält Versprechen für zukünftige klinische Anwendungen, da dieses System tief in das Zielgewebe kann, ermöglicht eine nicht-invasive und fernWirkstoffFreisetzung gesteuert und kann mit Hyperthermiebehandlung und Magnetresonanz-Bildgebungssystem 10-12 kombiniert werden. Solche Plattformen sind: (1) MNPs / pNIPAM Hybrid Mikrogelteilchen 13-15 und (2) makroskopischen Hydrogel Gerüste immobilisiert MNPs 16-18 enthält. Die pNIPAM basierte Mikrogel Plattformen zeigte eine fein abstimmbaren Volumenphasenübergangsreaktionsfähigkeit auf magneto-thermische Reize. Allerdings setzen sie noch auf komplexe und anspruchsvolle Techniken bei der Herstellung und der Verwendung von pNIPAM Polymere mit einem hohen Gehalt kann potentiell an Zellen 19 zytotoxisch werden, die ihre in vivo-Anwendungen einschränken. Die makroskopischen Gerüste weisen eine relativlangsame Reaktion ly auf äußere Reize und erfordern eine invasive chirurgische Transplantation im Vergleich zu kolloidalen Mikrogele.
Die Wasser-in-Öl-Emulsion ist die Standardmethode gewesen Submillimeter oder mikrometergroße Gel zu produzieren 20 Teilchen. An der Wasser-Öl-Grenzfläche der Emulsion bildet Mikrogel Teilchen eine Kugelform aufgrund der Minimierung der Oberflächenenergie des Wassertropfens unter mechanischer Scherkraft. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung einer großen Menge an wässriger kugelförmige Gel-Tröpfchen in einem einfachen Herstellungsverfahren und wurde für die Herstellung von Gelatinebasis Mikrogele zur Arzneimittelabgabe-Anwendungen 21-23 erfolgreich angenommen.
Hier präsentieren wir eine einfache Methode, um eine magnetothermally reagiert auf Gelatinebasis Mikrogele für Drug-Delivery-Anwendung zu synthetisieren, indem das Wasser-in-Öl-Emulsionsverfahren verwendet. Dies wurde durch physisch enthalten Eisenoxid MNPs und p (NIPAM- Co erreicht -AAm) -Ketten als Nebenkomponente in einem kugelförmigen Mikro Gelatine Netzwerk, das kovalent durch eine natürlich abgeleitete Vernetzungsmittel Genipin vernetzt ist, in Verbindung mit einem Hochfrequenz-Wechselmagnetfeld (AMF) Anwendungssystem.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hier beschriebene Technik veranschaulicht ein Proof of Concept für die Verwendung von Nanopartikel-Mikrogel Hybriden für magneto-thermisch ausgelöste Medikamentenfreisetzung. Dies wurde durch physikalisches Einschließen MNPs und p (NIPAM- co -AAm) Ketten innerhalb einer Mikro dreidimensionalen Netzwerk vernetzt Gelatine durch Genipin erreicht. Das Magnetfeld ansprechenden Plattform war ausreichend Wärme innerhalb des Mikrogels in Antwort auf ein fern angewendet AMF zu erzeugen, was wiederum die Freigab…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Studie wurde von Farris Familie Innovation Award und NIH 1R01NR015674-01 zu MK unterstützt. Die Autoren danken Josep Nayfach (Qteris, Inc.) für ein elektromagnetisches Generatorsystem sowie seine technische Beratung bieten. Die Autoren danken auch Huan Yan (LCI & Chemical Physics interdisziplinäres Programm, Kent State University) für ihre technische Assistenten.
Materials
| Gelatin | Sigma-Aldrich, MO, USA | G2500 | Gelatin type A, porcine skin |
| poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) | Sigma-Aldrich, MO, USA | 738727 | MW=20,000, LCST=34-38 oC |
| Silicon oil | Sigma-Aldrich, MO, USA | 378372 | Viscosity 350 cSt |
| Pluoronic L64 | Sigma-Aldrich, MO, USA | 435449 | 100 ppm poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) |
| genipin | TimTec LLC, DE, USA | ST080860 | Mw = 226.23; |
| Magnetic nanoparticles (MNPs) | Micromod Inc, Germany | 79-00-102 | nanomag-D-spio, 100 nm |
| TR-BSA | Life Technologies, NY USA | A23017 | Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate |
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