실크 나노 입자의 제조 및 약물 전달 응용 프로그램
Summary
나노 입자는 표시의 광범위한 유망 약물 전달 시스템이 등장하고있다. 여기, 우리는 역 설계 누에 나방 실크를 사용하여 실크 나노 입자를 제조 할 수있는 간단하면서도 강력한 방법을 설명합니다. 이들은 실크 나노 용이 치료 페이로드이어서 약물 전달 애플리케이션을 위해 탐색 될 수있다.
Abstract
실크 때문에 뛰어난 기계적 특성, 생체 적합성 및 생분해 성뿐만 아니라, 트리거에 응답하여 보호하고이어서 페이로드를 분리하는 능력 의용 제약 어플리케이션을위한 유망한 생체 고분자이다. 실크 다양한 재료 포맷으로 제형 화 될 수 있지만, 실크 나노 입자로서 유망한 약물 전달 시스템이 등장하고있다. 따라서,이 문서 안정 실크 나노 입자를 생성하는 데 사용될 수있는 재생 실크 용액을 수득 리버스 엔지니어링 실크 고치 절차를 다룬다. 이러한 나노 입자는 후속 적 특징 약물 로딩 잠재적 항암제 전달체로서 탐구. 간단히, 실크 고치은 역, 고치를 검 제거하여 첫 번째 설계 실크 용해 다음과 수성 실크 솔루션을 산출하기 위해 정리된다. 이어서, 재생 된 실크 용액 실크 나노 입자를 수득 nanoprecipitation을 받는다 – 간단하지만 강력한 방법즉, 균일 한 나노 입자를 생성합니다. 실크 나노 입자의 크기, 제타 전위, 수성 매체의 형태 및 안정성뿐만 아니라, 화학 요법 페이로드를 포획 및 인간 유방암 세포를 죽일 수있는 능력에 따른 특징이다. 전반적으로 설명하는 방법은 잠재적 인 나노 의학 등의 사용을 포함하여 쉽게 응용 프로그램의 무수한에 대해 탐색 할 수 균일 한 실크 나노 입자를 얻을 수 있습니다.
Introduction
예를 들어, 단백질, 펩티드 및 작은 분자량 의약품 – – 세포 및 조직을 대상으로 나노 크기의 약물 전달 시스템은 종종 약물의 방출을 제어하는 치료 및 페이로드의 다양한 세트를 전달하는데 사용된다. 이러한 치료 페이로드가 종종 리포좀 (덴드리머 포함) 수용성 고분자, 및 마이크로 및 나노 입자 (1) 등 다양한 거대 분자 약물 캐리어에 통합됩니다. (일반적으로 1 nm 내지 1000의 크기 범위에서) 나노 입자 널리 특히 항암 약물 전달 2, 잠재적 약물 담체로서 탐구 중이다. 약물 전달을위한 더 많은 나노 입자는 현재 임상 시험 (4)를 입력 할 수 있도록 일상적인 임상 3에 아브 락산의 성공적인 도입 (120 나노 미터 크기의 알부민 기반 나노 입자 파클리탁셀로드), 필드 촉매했다. 고형 종양은 일반적으로 그 N을 의미하는 가난한 림프 배수를 표시하고 새는 혈관이200 nm의 최대의 anoparticles 수동적으로 정맥 투여 후 이러한 종양을 대상으로한다. 이 수동 타겟팅 현상은 향상된 침투성 및 보존 (EPR) 효과라고 먼저 1986 5에보고되었다. EPR 효과가 주어진 약물 투여 할 때의 종양 미세 환경 내 약물 농도의 50 ~ 100 배 증가로 이어질 수 약물 페이로드 캐리어가없는 고분자 약물 전달체 방식이 아닌 무료로 약을 사용하여 제공됩니다. 항암 약물 전달을 위해 설계된 약물 – 로딩 된 나노 입자는 종양 미세 환경에 도달해야하고, 약물이 목적하는 치료 효과를 달성하기 위해 3 종종 일반적으로 세포 내 이입 흡수하여 특정 세포 내 구획을 입력한다. 세포 내 약물 전달을 위해 디자인 된 나노 입자는 세포 내로 게이트웨이뿐만 아니라 약제 내성 기전을 극복하기위한 경로로 엔도 시토 시스를 이용한다. 나노 입자에서 약물 방출은 종종 특히 오에 설계나노 입자 캐리어의 pH 응답 (리소좀의 pH 약 4.5) 캐리어 (7)에서 페이로드를 해방 약물 방출 또는 리소좀 효소에 대한 트리거 역할을 할 수 리소좀에서 ccur (즉, lysosomotropic 약물 전달) 6.
물질의 많은 다른 클래스는 나노 입자 (예를 들면, 금속 및 다양한 유기 및 무기 재료)를 생성하는데 사용될 수있다. 그러나, 바이오 폴리머는 그들의 알려진 생체 적합성, 생분해 성 및 낮은 독성 (8)의 매력 물질을 부상하고있다. 많은 바이오 폴리머는 알부민, 알긴산, 키토산과 실크를 포함하여, 탐구되고있다. 이들 중, 실크 약물 전달 시스템 (9)에 발전을위한 유망한 경쟁자로 떠오르고있다. 다양한 유형의 실크 (예를 들어, 봄 빅스 모리) (예를 들어, Nephila의 clavipes) 거미와 누에를 포함하는 절지 동물의 숫자에 의해 생성된다. 누에 실크 훨씬 더 exten를 사용sively 거미 실크보다 누에가 완전히 길 들여진 때문에 그 실크 따라서 재생 가능한 원료를 나타냅니다. 누에 실크는 식품의 약국 (FDA)은 특히 봉합 재료로서 인간의 사용을 위해 자료를 승인이다 이는 인간에서 강력한 안전 기록을 보유하고 생체 내에서 열 분해하는 것으로 알려져있다. 실크의 분해 프로필 12 개월 이상 (높은 결정 성 실크) 시간 (저 결정 실크)의 범위를 미세 조정할 수 있습니다. 실크 분해물 무독성이며, 본체 (10)에서 대사된다. 실크 구조가 제어 된 약물 방출을위한 좋은 재료로 만들어 작은 분자량 화합물 및 고분자 단백질 약물 (11)에 결합하는 능력을 부여한다. 단백질 약물 (예, 항체) 면역 시스템에 의한 변성, 응집, 단백질 분해 절단 및 클리어런스에 민감하다. 그러나, 실크 인해 나노 다시의 완충 능력에 치료 용 단백질을 안정화gions 및 나노 스케일 (11)에서 수분을 조정하는 능력. 이러한 독특한 기능은 물리적 보호를 제공하고 페이로드의 이동성 (11)을 줄이고 일반적으로 다른 (바이오) 폴리머로 볼 수 없습니다. 예를 실크 기반 하이드로 겔 (12), 영화 13 ~ 15과 나노 입자 (16, 17)에 대한 많은 항암 약물 전달 시스템, 지금 (18, 19 참조 검토)이 기능을 이용하기 위해 개발되었습니다
여기서, 실크 나노 입자는 오랜 기간에 걸쳐 크기 및 전하를 결정하는 것을 특징으로 하였다. 독소루비신, 임상 적으로 관련된 항암 약물, 약물 – 로딩 된 나노 입자 실크 처리 트리플 제외 인간 유방암 세포에서의 약물 충전 및 세포 독성 연구를위한 모델 약물로서 사용 하였다.
Protocol
Representative Results
Discussion
다양한 방법은, 초 임계 이산화탄소를 21 건조 모세관 미소 도트 (23)을 인쇄 (22)를 염석 스프레이 (20)를 혼합 한 폴리 비닐 알코올을 포함한 실크 나노 입자를 생성 할 수있는이 침전 24 nanoprecipitation 16,25 (참고 26에서 검토). 그러나 nanoprecipitation 인해 전반적인 단순성 실크 나노 입자를 생성하는 가장 인기있는 방법이다. 따라서 본 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by a Marie Curie FP7 Career Integration Grant 334134 within the seventh European Union Framework Program.
Materials
| Acetone | VWR International, Radnor, PA, USA | 20066.33 | |
| Automated Critical Point Dryer | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | EM CPD300 | |
| Balancing | Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland | NewClassic MS | |
| Black polystyrene microplate , 96 well | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 3991 | |
| Capillary cell (DTS 1070) | Malvern Instrument, Worcestershire, UK | DTS107 | |
| Carbon adhesive disc | Agar Scientific, Essex, UK | G3347N | |
| Centrifuge | Hermle Labortechnik, Wehingen, Germany | Z323K | |
| Centrifuge | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | Avanti J-E, Rotor: J20 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | Optima L-70K, Rotor: 50.2 Ti, Adaptor 303392 | |
| Coater, low vacuum | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | EM ACE200 | |
| Cuvettes, polystyrene, disposable | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | FB55147 | |
| Doxorubixin | LC Laboratories, Boston, MA, USA | D4000 | |
| Electronic pipetting, Easypet | Eppendorf, Hamburg, Germany | N/A | |
| FE-SEM | Hitachi High-Technologies, Krefeld, Germany | SU6600 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 16000-044 | |
| Freeze dryer | Martin Christ, Osterode, Germany | Epsilon 2-4 | |
| Heat inactivated Bombyx mori silk cocoons | Tajima Shoji, Kanagawa, Japan | N/A | |
| Hotplate with Stirrer | Bibby Scientific, Stanffordshire, UK | US 152 | |
| Incubator | Memmert, Schwabach, Germany | INB 200 | |
| Insulin, human recombinant, zinc solution | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 12585-014 | |
| Lithium bromide | Acros Organics, Geel, Belgium | AC199870025 | |
| MDA-MB-231 | ATCC, Manassas, VA, U.S.A | N/A | |
| Micropipette and tips | Eppendorf, Hamburg, Germany | N/A | |
| Microplate Reader | Molecular devices, Sunnyvale, CA, USA | SpectraMax M5 | |
| Oak Ridge High-Speed Centrifuge Tubes, 50 ml | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | N/A | |
| Open-Top Thickwall Polycarbonate tube, 4 ml | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | 355645 | |
| Penicilin/streptomycin | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 15140-122 | |
| RPMI medium | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 11875-093 | |
| Serological pipettes, 5 ml | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | ||
| Silicon wafers | Agar Scientific, Essex, UK | G3391 | |
| Slide-A-Lyzer Dialysis cassettes, 3.5K MWCO, 15 ml | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 87724 | |
| Sodium carbonate anhydrous | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | S/2840/62 | |
| Specimen stubs for SEM | Agar Scientific, Essex, UK | G301 | |
| Ultrasonic homogenizer | Bandelin, Berlin, Germany | Sonoplus HD 2070 | |
| UV transparent microplate, 96 well | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 3635 | |
| Vortex | IKA, Staufen, Germany | Genius 3 | |
| Zetasizer | Malvern Instrument, Worcestershire, UK | Nano ZS | |
| Zetasizer Software version 7.11 | DLS software | ||
| Micro Modulyo | Thermo Fisher | 230 | Freeze drying system |
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