Summary
Les principales étapes de polymérisation anionique vivante de l' éther glycidylique de phényle (PheGE) sur méthoxy-polyéthylène glycol (mPEG b -PPheGE) sont décrits. Les micelles de copolymère séquence résultant (SMCA) ont été chargés de doxorubicine 14% (% en poids) et une libération prolongée du médicament pendant 4 jours dans des conditions physiologiquement pertinentes ont été obtenus.
Abstract
Dans cette étude, un copolymère amphiphile comprenant un bloc de formation de noyau avec des groupes phényle a été synthétisé par polymérisation anionique vivante d'éther glycidylique de phényle (PheGE) le méthoxy-polyéthylène glycol (mPEG b -PPheGE). Caractérisation du copolymère a révélé une distribution moléculaire étroite (PDI <1,03) et a confirmé le degré de polymérisation de mPEG 122 - b - (PheGE) 15. La concentration micellaire critique du copolymère a été évaluée en utilisant une méthode de fluorescence établie avec le comportement d'agrégation évaluée par diffusion dynamique de la lumière et microscopie électronique à transmission. Le potentiel du copolymère pour une utilisation dans des applications d'administration de médicaments a été évalué de façon préliminaire , y compris in vitro biocompatibilité, le chargement et la libération du médicament anticancéreux doxorubicine hydrophobe (DOX). Une formulation micellaire stable de DOX a été préparé avec des niveaux stupéfiants de chargement jusqu'à 14% (% en poids), la charge de médicament efficiEncies> 60% (p / p) et la libération prolongée du médicament pendant 4 jours dans des conditions physiologiquement pertinentes (pH acide et neutre, la présence d'albumine). Le niveau de charge élevée de la drogue et la libération prolongée est attribuée à la stabilisation des interactions tc-π entre DOX et le bloc de formation de noyau des micelles.
Introduction
En milieu aqueux, les copolymères à blocs amphiphiles se réunissent pour former des micelles de copolymères à blocs de taille nanométrique (SMCA) qui se composent d'un noyau hydrophobe entouré d'une enveloppe hydrophile ou couronne. Le noyau micellaire peut servir de réservoir pour l'incorporation de médicaments hydrophobes; tandis que la couronne hydrophile fournit une interface entre le noyau et le milieu extérieur. Le poly (éthylène glycol) (PEG) et ses dérivés sont l' une des plus importantes classes de polymères et l' un des plus largement utilisés dans la formulation des médicaments. 1-3 BCMs se sont révélés être une plate - forme de délivrance de médicament digne avec plusieurs formulations reposant sur ce la technologie actuellement en développement clinique de stade tardif. 4 le plus souvent, le bloc hydrophobe du copolymère est constitué par la polycaprolactone, le poly (D, l-lactide), le poly (oxyde de propylène) ou le poly (β-benzyl-l-aspartate). 5 -9
Le groupe de Kataoka étudié micelles sphériques formés à partir de PEO b b -. (Doxorubicine conjuguée à l' acide aspartique) pour la livraison de la doxorubicine (DOX) 10,11 Dans leurs rapports, ils ont mis en avant que les interactions π-tc entre le médicament conjugué à un polymère ou PBLA et sans DOX agir pour stabiliser le noyau micellaire entraînant une augmentation de la charge de médicament et de rétention. Il est établi que la compatibilité ou des interactions entre un médicament et le bloc formant noyau sont des déterminants de paramètres de performance liés à clé 12 En plus de la DOX. Un certain nombre de traitements anti - cancéreux comprennent des cycles aromatiques dans leur structure de base (par exemple, le methotrexate, olaparib, SN -38).
En conséquence, il existe un intérêt considérable dans la synthèse de copolymères qui comprennent des cycles de benzyle dans les blocs formant noyau. Polymérisation par ouverture de cycle Anionique de PEG et ses dérivés permettent le contrôle de la masse moléculaire et le résultat dans les matériaux de faible polydispersité avec un bon rendement. 13,14 Ethyleoxyde de ne avec de l' éther glycidylique de phényle (PheGE) ou d' oxyde de styrène (SO) peut être (co) polymérisé pour former des copolymères à blocs qui forment des micelles pour la solubilisation des médicaments hydrophobes. 15-18 Le présent rapport décrit les étapes nécessaires à la polymérisation anionique vivante de phényle l' éther glycidylique monomère sur le mPEG-OH en tant que macroinitiateur (figure 1). Le copolymère séquence résultant et ses agrégats sont ensuite caractérisés en termes de propriétés de la pertinence à utiliser dans l'administration de médicaments.
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Protocol
Figure 1. Schéma montrant les neuf étapes clés dans la préparation du copolymère b -PPheGE mPEG. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
1. Préparation des réactifs dans des conditions sèches
- Préparation des réactifs.
- Peser 15 g de mPEG-5K (M n = 5400 g / mol, PDI 1,03) et lieu à 50 ° C dans un four sous vide pendant 48 heures avant utilisation.
- Sec 200 ml de diméthylsulfoxyde (DMSO) sur de l' hydrure de calcium (CaH 2) (~ 1 g), lieu sous vide pendant 30 min, purge sous argon et agiter pendant 48 heures avant utilisation.
- Placer 50 ml du monomère PheGE dans un flacon propre et sec (100 ml), ajouter 1 g de CaH 2, joint sous vide pendant 15 min sur la glace, purge sous argonet laisser agiter pendant 24 heures sous argon avant utilisation.
2. Préparation du naphtalène potassium
- Avec précaution, couper des petits morceaux de sodium (~ 1,5 g) séchée avec de l'hexane pour éliminer l'huile minérale en excès et ajouter au ballon contenant le tétrahydrofurane (THF) (v = 500 ml).
NOTE: Les morceaux de sodium ne doivent pas être exposés à l'air pendant longtemps en raison de risques d'incendie. - Ajouter benzophénone (~ 5 g), purge avec de l'argon et sceller le ballon (2 cols) de bouchons en verre.
- À la suite de l' agitation , sous argon , pendant 24 heures, raccorder le ballon à fond rond à un appareil de distillation (figure 2) distiller la solution foncée sous atmosphère d' argon tout en chauffant au reflux (c. -à reflux pendant environ une période de 2 heures après que la solution vire au bleu). Commencer à recueillir le volume désiré ~ 150 ml de THF, en fermant la valve gauche (qui se trouve au milieu de l'appareil de distillation).
NOTE: Si cette solution ne devient pas bleu, arrêter le distillation, refroidir à la température ambiante (RT) et ajouter plus de benzophénone ou de sodium et redémarrez la distillation. Ceci est une indication que le THF contient encore de l'eau. - Dans un Erlenmeyer sec, ajouter du THF distillé (V = 100 ml) et on dissout 3,9 g de naphtalène.
REMARQUE: Arrêter la distillation, refroidir à température ambiante et ouvrir la valve droite pour transférer le volume de THF. - Comme décrit dans le point 2.1, couper des petits morceaux de potassium (1,1 g) et ajouter à la solution contenant le naphtalène (concentration finale ~ 0,3 mol / L). Sceller le Erlenmeyer avec un adaptateur de rinçage (T) (on / off) avec un septum en haut et purger avec de l'argon.
- Après agitation sous argon pendant 24 heures, observer la solution résultante de la base de naphtalène de potassium comme une couleur vert foncé homogène.
- Dans des conditions inertes, retirer une aliquote de 5 ml de la solution basique du flacon avec une seringue et ajouter 10 ml d'eau distillée. ajouter ensuite 1-2 gouttes d'indicateur phénolphtaléine à cette solution,qui transforme la solution d'une couleur fuchsia.
- Utiliser une burette pour titrer la solution de naphtalène de potassium avec une solution titrée d'acide chlorhydrique (0,1 N) jusqu'à ce que la solution devienne incolore.
3. Matériaux et précautions nécessaires pour la vie efficace Anionique Polymérisation
- Système d'argon / dépression du collecteur.
NOTE: Comme décrit dans la figure 2, un collecteur double verre avec robinets en verre creux est utilisé pour basculer entre la livraison d'argon et de vide conditions dans la verrerie.- Connecter le réservoir d'argon (avec manomètre) à une colonne de desséchant sec et à la ligne de collecteur en utilisant un tube de caoutchouc inerte. A l'autre extrémité de la ligne d'argon, raccorder un barboteur (contenant de l'huile minérale).
- Pour les robinets de verre, raccorder des tubes et des aiguilles inertes flexibles. Pour l'autre ligne du collecteur, connectez un piège en verre immergé dans un flacon à froid Dewar (rempli de glace / eau ou de l'azote liquide) à une pompe à vide.
- Appareil pour la distillation du monomère et du DMSO.
NOTE: Une pratique (ie, tout en un) appareil de distillation sous vide élevé est utilisé (Figure 2). La verrerie sèche est faite avec des vannes à vide poussé, et condenseurs intégré avec une tête réfrigérée intérieure.- Connecter le débit d'eau à travers l'entrée (A) et la sortie (B) de l'unité de refroidissement (lettre). Connectez l'autre entrée / sortie (C) à la double collecteur pour l'argon / vide. Ajouter et sceller un septum (fils métalliques) à la livraison / port d'extraction et de connecter une canule en acier inoxydable pour le transfert de liquides sensibles à l'air (D) (en haut / boucle).
- Avant la polymérisation, distillent PheGE et du DMSO sur le chauffe-ballons hémisphérique à 100 ° C et 70 ° C, respectivement, pendant 2 heures sous vide, sous agitation. Le point d'ébullition du monomère PheGE est 254 ° C, tandis que le point d'ébullition du DMSO est de 189 ° C à (1 atm).
- Verrerie à polymerizat anioniqueion.
- En plus du système de distillation, utiliser uniquement haute verrerie résistant à vide, y compris autour de flacons de fond (certifiés par le fabricant), cylindres graduée (pour le transfert de volumes de solvant, de base et des monomères), canules, septa et des fils métalliques pour sceller les cloisons.
NOTE: Pour la polymérisation vivante, la chaleur avec précaution (sous vide) et refroidir toute la verrerie sous flux d'argon avant utilisation. Gardez le pistolet à air chaud à une distance ~ 10 cm de la verrerie.
- En plus du système de distillation, utiliser uniquement haute verrerie résistant à vide, y compris autour de flacons de fond (certifiés par le fabricant), cylindres graduée (pour le transfert de volumes de solvant, de base et des monomères), canules, septa et des fils métalliques pour sceller les cloisons.
Figure 2. Assemblée et les principales étapes de distillation / transfert. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.4. Description des étapes clés de la vie Anionique Polymérisation: Distillation et le transfert
- Peser mPEG-5K (2 mmol, 10 g) dans un f seclask / Schlenk (four) contenant une barre d'agitation et de sceller l'adaptateur de rinçage (T) (on / off) avec un septum en haut.
- Raccorder le ballon à collecteur et purger le ballon pendant 2-3 min avec des bouffées d'argon. Tourner la vanne à la position de vide pour purger le flacon.
- Faites tourner le ballon manuellement et sécher le récipient de réaction homogène avec un séchoir à cheveux (pistolet à air chaud) jusqu'à mPEG-5K fond.
NOTE: Gardez le pistolet thermique à une distance ~ 10 cm du ballon. - Après 1 min, casser le vide en tournant le robinet sur le collecteur vers la position d'argon avec plusieurs clichés rapides.
NOTE: Un débit d'argon continu doit être observé dans le barboteur. Lorsque l'écoulement est continu, le clapet reste sur la position de l'argon. deux fois chauffage et de refroidissement Répétez les étapes pour éliminer toute trace d'humidité. - Gardez le macroamorceur polymère sous vide pendant ~ 2 h et sous argon avant le début de la réaction.
- Monter deux appareils de distillation sous vide poussé sous le capot (Figure 2); une pour la distillation de DMSO et l'autre pour la distillation du monomère (PheGE).
- Relier les fioles séparées contenant le DMSO et le monomère aux deux dispositifs et installer chacun sur une enveloppe chauffante hémisphérique (ou dans un bain d'huile). Connecter l'eau froide à la partie supérieure de l'appareil (entrée / sortie) et le collecteur (argon / vide).
- Veiller à ce que chaque appareil est sécurisé et bien scellé. Engager le vide par l'intermédiaire de la vanne.
NOTE:. Comme décrit dans l'étape 3.3, répétez étapes de chauffage et de refroidissement deux fois pour éliminer toute trace d'humidité. - Régler le chauffage par l'intermédiaire d'un régulateur de température et commencer l'agitation des solutions. Après 2 heures de circulation / distillation du DMSO, fermer la vanne de vide élevé (qui se trouve au milieu de l'appareil de distillation) pour recueillir environ 20 ml de solution (pour laver l'intérieur de l'appareil). Ensuite, relâchez la fraction dans le flacon et répéter l'opération une fois de plus pour assurer la pureté de la fraction souhaitée qui est collected plus tard.
- Chauffer le flacon contenant le mPEG-5K (sous vide) avec le pistolet à air chaud jusqu'à ce que le polymère (mPEG-5K) fond. Purger à nouveau avec de l'argon.
REMARQUE: La procédure contribuera à la dissolution après le transfert du DMSO. - Après 2 heures, fermer le robinet à vide poussé et de recueillir le volume de solvant (V DMSO = ~ 100 ml). Arrêter le chauffage et casser le vide du collecteur. Libérer l'argon (par boutons-pression) dans la chambre, comme décrit ci-dessus.
- Sous une pression positive d'argon, connecter un côté de la canule (cale au robinet d'arrêt de l'appareil) à une éprouvette graduée ou directement dans le ballon contenant le mPEG-5K (si l'appareil de distillation a graduation), et immerger l'autre extrémité, avec précaution dans la fraction fraîchement distillée.
- En utilisant une pression d'argon conduire le DMSO à travers la canule dans le ballon de réaction. Connecter un barboteur supplémentaire dans le ballon (ou cylindre si nécessaire pour la mesure) et, fermer le robinet de verre relié à the barboteur sur le côté opposé du collecteur.
NOTE: Quand un côté d'une canule est retirée pour le transfert, assurez-vous que la pression d'argon positive est appliquée. - Afin d'éviter tout accident causé par la pression d'argon, ouvrir le robinet de verre pour 1-2 sec et réenclencher pour continuer l'écoulement du DMSO (répété une fois par 0,5 min) jusqu'à ce que le transfert complet est terminé. Rouvrir le robinet lorsque vous avez terminé.
NOTE: La même procédure doit maintenant être suivie pour la distillation et la collecte du monomère. Le solvant et le monomère ne peuvent pas être recueillies en même temps. - Transférer 5 ml de 0,3 M de naphtalène potassium via une canule dans une éprouvette graduée fermée par une cloison avec une canule insérée (boucle).
REMARQUE: Même précaution comme décrit dans NOTE 4.13. une pression positive d'argon doit être maintenue d'abord à partir du flacon de naphtalène de potassium dans le cylindre, puis du cylindre vers le récipient de réaction afin d'éviter / contamination de l'eau de l'air. - Insérez une autre aiguille de la manifold dans le cylindre (argon). Retirer la canule reliée au système de distillation avec précaution et insérer rapidement dans le ballon de réaction.
REMARQUE: Utilisez cette technique pour le transfert de la base et de monomère. - Ajouter la baisse de base à goutte jusqu'à ce que la solution devient sombre. Suite à la lente disparition de la couleur, ajouter une autre partie jusqu'à ce que la couleur sombre apparaît à nouveau, et répéter jusqu'à ce que le transfert complet.
- Transférer le volume souhaité de monomère (V = PheGE 5 ml) pour atteindre un degré de polymérisation de PPheGE ~ n = 18-20.
- Laisser le mélange réactionnel pendant 48 heures à 80 ° C sous atmosphère d'argon avec agitation constante pour assurer une polymérisation complète.
- Stopper la réaction par l'addition de gouttes de HCl 1 N dans du methanol (mesurée en utilisant du papier de tournesol (pH neutre)) et observées par la disparition de la couleur.
- Extraire le naphtalène à partir de la solution de DMSO avec de l'hexane (3 x 50 ml). Éliminer le DMSO par distillation sous vide (~ 70 ml) même appareil. Roucoulerl bas de la solution de suspension et ajouter 50 ml de THF.
- Enlever le sel de la solution en suspension par centrifugation à 5000 xg pendant 10 min. Transférer le surnageant et ajouter goutte à goutte à 500 ml d'éther diéthylique froid.
- Recueillir le précipité par filtration ou centrifugation (répéter deux fois) et sèche sous vide à 30 ° C pendant 24-48 h (rendement 85%).
NOTE: Le copolymère est maintenant prêt pour la caractérisation.
5. Caractérisation des copolymères
- Peser 5-10 mg de copolymère (enregistrement de la masse réelle) dans une coupelle en aluminium et sceller hermétiquement avec le couvercle en aluminium. pan de l'échantillon de charge et pan de référence (vide) dans le calorimètre différentiel à balayage.
- Programme méthode du cycle ( "chaud / froid / chaleur»): 1) la chaleur de 40 ° C à 100 ° C à 10 ° C / min, 2) refroidir à -70 ° C à 10 ° C / min, 3) la chaleur à 100 ° C à 10 ° C / min. Répéter 2) et 3) deux fois. Déterminer le point de fusion (T m), cristallization (T c) et une température de transition vitreuse (T g), et la chaleur de fusion (AHf) à partir des traces thermiques du troisième cycle ( le cas échéant).
- Dissoudre les polymères dans du THF (2 mg / ml) et filtrer à travers un filtre en PTFE de 0,2 pm. Injecter l'échantillon dans un système de chromatographie par perméation de gel (50 ul) et en utilisant le temps de rétention de l'échantillon et d' une courbe d'étalonnage produite en utilisant une gamme de standards de polystyrène pour déterminer le poids moléculaire du polymère. 19
- Dissoudre les (co) polymères (15 mg / ml) dans du DMSO d6 pour RMN 1 H analyse par spectroscopie. 19
- Déterminer la concentration micellaire critique (CMC) du copolymère en utilisant le 1,6-diphényl-1,3,5-hexatriène (DPH) sous forme d' une sonde à fluorescence. 9
- Préparer une solution DPH stock dans le THF (2,32 mg / L) dans l'obscurité et ajouter 100 pi de cette solution mère à chacun d'une série de flacons.
- Prepare une solution de copolymère d'actions dans le THF et ajoute des parties aliquotes de volume égal (2 ml) à la série de flacons (chacun contenant une aliquote de la solution mère DPH) conduisant à des concentrations finales de copolymère allant de 0,01 à 1000 ug de copolymère / ml.
- Par la suite, vortex solutions copolymère-DPH et ajouter goutte à goutte à 10 ml d'eau distillée deux fois avec une barre d'agitation. Les solutions doivent ensuite être agité vigoureusement dans l'obscurité pendant 48 heures sous un courant d'azote pour permettre l'évaporation lente de THF. La concentration finale de DPH dans chaque solution est de 0,232 mg / L.
- Mesurer l'émission de fluorescence des échantillons à 430 nm (λ ex = 350 nm) en utilisant une microplaque spectrofluorimètre à double balayage et la fluorescence de la parcelle en fonction de log [polymère]. L'intersection entre les deux pentes linéaires fournit la valeur CMC pour le copolymère.
6. Procédure de chargement de doxorubicine dans BCMs
- Dissoudre 12 mg de DOX dans 1 ml d'astonitrile, ajouter 10 ul de triéthylamine et de laisser le bruit de la solution dans l'obscurité pendant 2 heures.
- On dissout le copolymère (45 mg) dans 1 ml de THF et on agite pendant la même période de temps. Ajouter la solution de copolymère à la solution de DOX et rincer le flacon contenant un copolymère résiduel avec un volume supplémentaire de THF (0,5 ml).
- Ajouter le mélange copolymère-médicament (2,5 ml) goutte à goutte à une fiole (20 ml) contenant 15 ml de solution saline à 0,9% (NaCl) sous agitation.
- Transférer la solution dans un sac de dialyse (3,5 kDa coupée) et dialyser contre une solution saline à 0,9% (500 ml).
NOTE: Changez la solution saline externe après 6 h et laisser la dialyse continue pendant 24 heures sous agitation dans l'obscurité à la température ambiante. - Transférer le dialysat dans un tube de 50 ml et on centrifuge à 5000 g pendant 15 min.
- Transférer le surnageant dans un système d'ultrafiltration (d'une capacité de 10 ml) contenant une membrane de dialyse (coupure 10 kDa). Mettez l'adaptateur sous agitation dans le système d'ultrafiltration, fermer le couvercle et ouvert commetream d'azote.
- Concentrer la solution BCM à un volume de 4 ml et on ajoute 6 ml d'une solution saline fraîche et répéter la procédure deux fois.
- Concentrer la solution de BCM à 4 ml, rincer la chambre avec 0,5 ml de solution saline et ajouter à la solution. Conserver dans des flacons bruns à la température ambiante dans l'avant utilisation ultérieure sombre.
7. Évaluation de doxorubicine Chargement en DOX-BCMs
- Dissoudre DOX-BCM dans le diméthylformamide (100 pi à 400 pi) de perturber les micelles et diluer dans une solution aqueuse de HCl (0,1 N) avant l'évaluation (100 pi dans 900 ul de HCl 0,1 N).
- Mesurer la charge de médicament à 490 nm en utilisant un système de paillasse microplaques spectrophotométrique. Utilisez les équations suivantes pour déterminer la capacité de chargement de médicament (DLC) et l'efficacité de chargement de médicament (DLE):
DLC (% en poids) = (poids du médicament chargé / poids total de BCMs) x 100%
DLE (%) = (poids de médicament chargé / poids de la drogue dans les aliments) x 100%
8. Evaluationde Libération in vitro de la DOX de DOX-BCMs
- Étudier la libération de la DOX à partir BCMs à 37 ° C dans 0,1 M de tampon phosphate salin (PBS, pH 7,4) contre du PBS pH 7,4 contenant 0,1% (p / v) de Tween 80, BCMs + BSA (50 mg / ml) contre du PBS pH 7,4 et 0,1 M d' acétate-tampon à pH = 5,5. 20,21
- Diluer la formulation BCM-DOX (700 ul) dans le tampon sélectionné (2,3 ml) pour donner une quantité totale de ≈ 0,6-0,7 mg de DOX dans le sac de dialyse.
- Placer la solution dans le sac de dialyse, sceller avec clips et plonger le sac dans 200 ml de médias externes respectifs.
- Enlever 2 ml de la solution à l'extérieur du sac de dialyse à des points de temps prédéterminés et le remplacer par le même volume de tampon frais.
- Conserver les aliquotes retirées à -20 ° C avant l'analyse par spectrophotométrie UV-Vis (Abs 490 nm). Le pourcentage cumulé de médicament libérée (E r) peut être calculée en utilisant l'équation suivante:
REMARQUE: Lorsque m DOX représente la quantité de DOX dans le BCMs, V 0 est le volume total du milieu de libération (200 ml), V t est le volume du milieu remplacé (V t = 2 ml), Ci est la concentration avant la correction, et C n représente la concentration de la DOX dans l'échantillon.
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Representative Results
Figure 3. Illustration de la polymérisation anionique de glycidyléther de phényle sur mPEG macroamorceur pour produire b mPEG - (PheGE) 15 pour la préparation de micelles de copolymère séquence pour un chargement de doxorubicine Le schéma illustre la déprotonation du groupe hydroxyle du mPEG en utilisant le naphtalène potassium. en tant que radical anionique, suivie par la polymérisation du monomère d'éther glycidylique de phényle (PheGE). Image en microscopie électronique à transmission représentant (TEM) des BCMs colorées avec de l' acétate d'uranyle (1% p / v) et la distribution de taille des micelles tel que déterminé par diffusion de lumière dynamique (DLS). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
figure 3, la polymérisation anionique de glycidyléther de phényle sur mPEG macroamorceur a été utilisé pour préparer des micelles de copolymère séquencé (DOX-mPEG b - (PhGE) 15 pour le piégeage de doxorubicine Une répartition étroite des masses moléculaires pour le mPEG b -. (PhGE) 15 copolymère a été confirmée par GPC (PDI = 1,03) et le degré de polymérisation a été déterminé par analyse RMN 1 H (figure 4) [σ = 7,2 ppm (m , 2H méta, un groupe phényle 2 (= CH -)) σ = 6,8 ppm (d, 3H, 2 ortho et para 1 (- CH -), σ = 3,95 ppm (m, 2H, O - CH2 -CH-) ] avec le groupe terminal méthyle du mPEG utilisé comme pic de référence (σ = 3,22 ppm (s, 3H).
Figure 4. Caractérisation et analyse. A) Analyse CPG de mPEG et le copolymère dans du THF. B) 1 HLes spectres RMN du mPEG5K (spectre du haut) et mPEG b -. (PheGE) 15 (spectre inférieur) dans DMSO - d6 S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Tableau 1. Caractéristiques du copolymère.
En milieu aqueux, les copolymères à blocs amphiphiles tels que le mPEG b - (PheGE) 15 se réunissent pour former des micelles qui se composent d'un noyau hydrophobe entouré d'une enveloppe hydrophile. La CMC du copolymère a été mesurée en utilisant une méthode de fluorescence établie. Le CMC de mPEG b - (PheGE) 15 a été déterminée à ~ 9 pg / ml (figure 5A encadré). Microscopie électronique à transmission a confirmé une morphologie sphérique pour les agrégats de copolymère et donc dynamiquediffusion de la lumière (figure 3 et tableau 2) a été utilisé pour évaluer le diamètre hydrodynamique (D h ~ 25 nm). Comme on le voit sur la figure 6-a, des cellules de fibroblastes L929 de souris ont été exposées à mPEG b - (PhGE) 15 BCMs et aucune cytotoxicité n'a été observée après la période d'incubation de 24 heures.
Figure 5. intensité de fluorescence et la caractérisation de CMC. A) Résumé de l'intensité de fluorescence du DPH en fonction de la concentration de mPEG b - (Phe) , un copolymère 15 séquence. Encart montre le stade précoce de l' agrégation du copolymère bloc à 0,1-10 pg / ml. B) Résumé des valeurs CMC obtenues à partir de la littérature pour une gamme de copolymères avec des groupes pendants phényle sur le bloc de formation de noyau. Les carrés rouges représentent les valeurs calculées pour l'énergie de Gibbs de sourisllization des copolymères correspondants (± 0,5 kJ / mol). 22,25-28 S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
Tableau 2. Caractérisation des BCMs préparés par le procédé de dialyse.
La solubilisation du médicament dans BCMs est influencé par la solubilité aqueuse du médicament, ainsi que la propension à l'interaction entre le médicament et elle-même et / ou du bloc de noyau formant des micelles. Dans sa forme de sel, DOX est relativement soluble (~ 10 mg / ml) dans l'eau. Ainsi, pour le chargement dans les BCMs, DOX a été dissous dans de l'acétonitrile et on le neutralise avec de la TEA pour obtenir la base libre (3 éq.). Avec un pKa de 8,5, DOX devient relativement insoluble dans des conditions basiques de conduite d'encapsulation dans les BCMs avec stabilisation par des interactions d'empilement π-tc (mPEG b - (PhGE) 15). Comme décrit dans la littérature, les capacités de chargement similaires pour DOX dans DOX-mPEG b -. (PhGE) 15 ont été rapportés avec une valeur moyenne de 14% (p / p) 21-24 Après ultrafiltration, on a constaté que les concentrations de copolymère aussi faible que 10 mg / ml avec succès solubilisé jusqu'à 1,6 mg DOX / ml. L'efficacité de chargement de médicament était jusqu'à 52% (p / p) pour le mPEG b - (PhGE) 15 BCMs (tableau 2). Les profils de libération de DOX des BCMs dans différents milieux ont été étudiés (Figure 6c).
Figure 6. cytotoxicité et de la drogue cinétique de libération. A) Evaluation de la cytotoxicité dans des cellules L929 de fibroblastes de souris de mPEG b -. (PheGE) micelles 15 de copolymère tel que déterminé en utilisant le test MTS après une période d'incubation de 24 h (n = 3 expériences individuelles, SD <10%) B) spectres d'émission Normalized de la DOX libre et DOX micelles chargées dans du PBS, pH 7,4 à 10 pg / ml de concentration de DOX. La longueur d' onde d'excitation est de 480 nm et le spectre d'émission est recueillie à partir de 500-700 nm C) profils de sortie de DOX du bloc mPEG b -. (PhGE) 15 copolymère micelles (carrés) dans du PBS 0,1 M pH 7,4, (cercles) dans du PBS 0,1 M à pH 7,4 contenant de la BSA 50 mg / ml (dans le sac) et (triangles) dans de l' acétate de Na + tampon 0,1 M , pH 5,5 , et (triangles vers le bas) libre de DOX (n = 2) dans du PBS pH 7,4. (pour chaque condition, n = 3 expériences individuelles, SD <10%). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.
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Discussion
En raison de la bonne maîtrise que la polymérisation anionique fournit plus de poids moléculaire, il est l'un des processus les plus appliqués dans l'industrie pour la préparation de polymères à base de monomères oxirane (PEG et PPG). des conditions optimales et rigoureuses doivent être utilisées avec succès pour la polymérisation à atteindre. purification rigoureuse de tous les réactifs et appareils appropriés sont essentiels pour le caractère vivant de la synthèse. Limitations de la configuration actuelle sont principalement associés à la technique de transfert qui repose sur cathétérisme. En utilisant la pression appropriée, cathétérisme est une technique de l'échelle du laboratoire sans danger pour le milieu universitaire. L'application de ces précautions fournira une meilleure reproductibilité et de contrôle pendant le processus de polymérisation (faible PDI). En outre, ces procédures de transfert et de purification peuvent être utilisés pour la préparation de copolymères tels que le mPEG b -PCL, mPEG b -PLLA et mPEG b -PAGE. 19,29 Cependant, cette pratique procedure peut ne pas être suffisante pour la polymérisation de certains monomères qui nécessitent des conditions plus strictes (par exemple, le styrène). En variante, la technique de rupture d' étanchéité est généralement préféré pour la polymérisation anionique. 30 Pour commander ces étapes dans l' industrie, des systèmes similaires (inox / verre) sont reliés les uns aux autres par l' intermédiaire de vannes hermétiques.
Pour les monomères oxirane, le mécanisme général est une attaque nucléophile de l'oxyanion (ion libre ou paire d'ions) sur le cycle oxirane, ce qui conduit à polymérisation par ouverture cyclique. Toutefois, en fonction de la nature des monomères oxirane substitués, certains monomères peuvent ne pas polymériser ou ils peuvent ne pas être polymérisée à un poids moléculaire élevé. Ce type de polymérisation ne tolère pas les composants acides ou basiques, y compris le monomère lui-même, l'espèce ou d'autres solvants qui conduisent à des réactions de terminaison et / ou de transfert de chaîne dans le milieu (la perte de contrôle de la réaction). Pour produire un phényle portant copolymère séquencé pégylégroupes par polymérisation anionique, des alternatives au monomère d'éther glycidylique de phényle peuvent être trouvés: le styrène, l'oxyde de styrène ou l'éther allylglycidylique suivie d'une réaction de Michael radical de benzylmercaptan sont des options. mPEG peut être préparé par condensation du monomère d'oxyde d'éthylène et ensuite polymérisé dans les mêmes conditions que celles décrites dans le présent document, en utilisant un initiateur hydroxylé (par exemple, methanol). Cependant, mPEG des poids moléculaires variables avec une faible PDI est disponible dans le commerce.
Afin d' éviter les résidus d'eau, macroamorceur (par exemple mPEG-OH) doit être bien séché par pré-séchage à l'étuve, suivi de la procédure de séchage par pistolet thermique. Les réactions peuvent être réalisées dans des solvants aprotiques polaires, des solvants de coordination, ou en vrac. Lorsque la polymérisation nécessite des conditions spécifiques, telles que des températures élevées, des solvants ayant une polarité plus forte que le THF doivent être utilisés, tel que le DMSO, le diglyme ou le HMPA. Comme décrit dans le protocole (section 4 2) est nécessaire. DMSO est hygroscopique et si la distillation est pas bien menée, des traces d'eau peut inactiver les espèces actives. D' autres solvants peuvent être utilisés , mais le DMSO a une capacité de solvatation élevée pour les cations, la faible capacité de solvatation pour les anions et permet une polymérisation à température élevée. 31,32 DMSO est un excellent solvant pour la base catalysé par polymérisation d'époxydes et d' oléfines avec des substituants attracteurs d'électrons forts. Initiation de la polymérisation peut être obtenue par génération in situ d'initiateurs alcoolates de potassium par titrage de mPEG-OH avec une solution diluée de naphtalène de potassium. 33 Il est important de préparer soigneusement la solution de naphtalène potassium et à titrer la solution avec de l' acide avant la son utilisation. En effet, si la concentration de naphtalène de potassium est sous ou surestimé, macroamorceur peut former des agrégats ou ne parviennent pas à activer complètement lel'initiateur et à son tour la polymérisation peut être compromise. Lorsque le naphtalène de potassium est ajouté goutte à goutte, la lente disparition de la couleur permet un contrôle visuel sur la consommation de la base par l'initiateur. Dans ces conditions, l'échange de protons rapide entre les groupes hydroxyles (dormance) et alcoolates (actifs) assure une polymérisation contrôlée du monomère. 13
Le comportement d'agrégation des copolymères à blocs de composition similaire à mPEG 122 - b -. (PhGE) 15 ont été étudiés par plusieurs groupes avec des valeurs CMC rapportés allant de 1 à 10 pg / ml 25,27,28,34-36 valeurs CMC pour un copolymère spécifique peut varier en fonction du procédé spécifique utilisé pour la détermination. Dans cette étude, une méthode basée sur la fluorescence a été utilisé avec DPH choisi comme la sonde étant donné qu'il ne se traduit par un signal de fluorescence une fois incorporée dans les BCMs (figure 5A encadré) Figure 5B.comprend les valeurs CMC obtenus pour différents copolymères à blocs avec des groupes pendants phényle. Comme on le voit, les valeurs CMC des copolymères peuvent varier en fonction de la nature du squelette polymère portant des groupes phényle et le degré de polymérisation. 25,27,28,34-36 L'échange des chaînes de copolymère entre les micelles et le milieu extérieur dépend de l'état du noyau de la micelle, ainsi que le paramètre d'interaction de Flory-Huggins entre les deux blocs et le solvant. La température de transition vitreuse (T g) de masse PPheGE homopolymère est connu pour être inférieur à celui d' un encombrement PS. 37 En raison de la nature vitreuse de PS, des copolymères ayant un degré de polymérisation élevé de PS (n> 35) possèdent un noyau vitreux à la température ambiante (Tg ~ 80 ° C). 38
Thermodynamiquement, deux approches principales ont été avancées pour décrire le processus de micellisation, à savoir, le modèle de séparation des phases (séparation de phase à la CMC), et le modèle d'action de masse (association-équilibre de dissociation micellaire / unimères). 39 Selon les deux approches, l'énergie de Gibbs norme le changement (AG ◦) pour le transfert de 1 mole d'agent amphiphile en solution dans la phase micellaire (AG ◦ énergie libre de micellisation), en l'absence d'interactions électrostatiques, est donnée par Ag ◦ = RT In (CMC). 39 Comme le montre à la figure 5B, les valeurs de CMC et Ag ◦ sont en accord avec les valeurs obtenues pour les copolymères qui sont similaires dans la composition (en termes du total copolymère M W et rapport de hydrophobe hydrophile longueur de bloc) à MPEG- b - (PhGE) 15. Comme le montre le tableau 1, l' analyse DSC du mPEG b - (PhGE) un matériau en vrac 15 copolymère a confirmé un Tm de 51 ° C , ce qui est attribué au bloc hydrophile et est enfoncé par rapport àmPEG seule (60 ° C). En solution, on suppose que les noyaux de mPEG b -PS micelles de copolymère, avec des blocs de polystyrène d' une longueur similaire à celle de PhGE dans mPEG b - (PhGE) 15, commencent à devenir mobile à la température physiologique ( par exemple, 37 ° . C) 38,40 par conséquent, le mPEG b - (PhGE) 15 BCMs possèdent probablement un noyau relativement mobile qui permet la circulation locale aux températures ambiantes et physiologiques.
Dans cette étude de dialyse et l' ultrafiltration ont été utilisés comme un moyen commode pour éliminer le médicament libre et d'augmenter la concentration du médicament / copolymère ultérieur pour des applications in vivo. En variante, le séchage par congélation peut être utilisé pour concentrer la formulation; cependant, cela nécessite une optimisation y compris une éventuelle addition de stabilisants (par exemple, le PEG, le dextrose) pour améliorer la mouillabilité pour la reconstitution. Le résultat DOX-mPEG b - (PhGE) 15 BCMs montré s similairesles profils de libération ustained (PBS 7,4) aux systèmes BCM développés par Kataoka et coll. 21 dans du PBS à pH 7,4, à moins de 10% de la quantité totale de médicament a été libéré dans les six heures alors que plus de 95% de la libre DOX est libéré de la dialyse sac dans ce même laps de temps. Une libération prolongée à pH neutre indique une bonne stabilité de la formulation sur la période de quatre jours.
Sérum sanguin humain est composé de protéines d' environ 7%, les deux tiers de ce qui est de l' albumine. 41 Par conséquent, afin de simuler les conditions in vivo la libération du médicament en est couramment évaluée dans des solutions tampons contenant des concentrations physiologiquement pertinentes de cette protéine. Dans la présente étude, la BSA a été inclus dans le sac de dialyse à une concentration de 50 mg / ml. En présence d'albumine, la libération de la DOX des BCMs a augmenté à environ 30% après 4 jours d'incubation à 37 ° C. Libération de DOX des BCMs dans un tampon à pH 5,5 a confirmé que protonation de la DOX dans ces conditions entraîne une augmentation de la libération de médicament au bout de 72 heures, ce qui augmente jusqu'à 60% au bout de 4 jours. Dans l' ensemble, les résultants DOX-BCMs ont montré des résultats prometteurs in vitro, similaires ou équivalentes à d' autres formulations de BCM de DOX présentées dans la littérature, et favoriser ainsi une évaluation supplémentaire in vivo.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMEM/HAMF12 | Gibco, Life Technologies | 12500 | Supplemented with 10% FBS. Warm in 37 °C water bath. |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Sigma-Aldrich | T4049 | Warm in 37 °C water bath |
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F1051 | Canada origin |
| MDA-MB-468 cell line | ATCC | HTB-132 | |
| MTS tetrazolium reagent | PROMEGA | G111B | |
| Phenazine ethosulfate (PES) | Sigma-Aldrich | P4544 | >95% |
| mPEG5K (Mn 5,400 g/mol) | Sigma-Aldrich | 81323 | PDI=1.02 |
| Dimethylsolfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D4540 | >99.5% |
| Naphthalene | Sigma-Aldrich | 147141 | >99% |
| Phenyl glycidyl ether | Sigma-Aldrich | A32608 | >85% |
| Benzophenone | Sigma-Aldrich | 427551 | >99% |
| Potassium | Sigma-Aldrich | 451096 | >98% |
| Tetrahydrofuran | Caledon Laboratory Chemicals | 8900 1 | ACS |
| Hexane | Caledon Laboratory Chemicals | 5500 1 | ACS |
| Calcium hydride (CaH2) | ACP | C-0460 | >99.5% |
| Diethyl Ether | Caledon Laboratory Chemicals | 1/10/4800 | ACS |
| Microplate reader | BioTek Instruments | ||
| Differential scanning calorimetry (DSC) | TA Instruments Inc | DSC Q100 | |
| Gel permeation chromatography (GPC) | Waters | 2695 separation moldule / 2414 detector | 2 Columns: Agilent Plgel 5 µm Mixed-D |
| NMR spectroscopy | Varian Mercury 400MHz | ||
| Chloroform-d | Sigma-Aldrich | 151858 | 99.96% |
| DMSO-d | Sigma-Aldrich | 156914 | 99.96% |
| Vaccum pump | Gardner Denver Welch Vacuum Tech, Inc. | Ultimate pressure 1x10-4 torr | |
| Drierit with indicator, 8 mesh | Sigma-Aldrich | 238988 | Regenerated at 230 °C for 2 hr |
References
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