Nanodeeltjes zijn in opkomst als veelbelovende dragersystemen voor een groot aantal indicaties. Hier beschrijven we een eenvoudige maar krachtige methode om zijde nanodeeltjes produceren met behulp van reverse engineered Zijdevlinder zijde. Deze zijde nanodeeltjes kunnen gemakkelijk worden geladen met een therapeutische payload en vervolgens verkend voor drug delivery applicaties.
Zijde is een veelbelovende biopolymeer voor biomedische en farmaceutische toepassingen vanwege zijn uitstekende mechanische eigenschappen, biologische verenigbaarheid en biologische afbreekbaarheid, en zijn vermogen om te beschermen en vervolgens de lading vrij te geven in reactie op een trigger. Terwijl zijde kan geformuleerd worden in verschillende formaten materiaal zijn zijde nanodeeltjes opkomst als veelbelovende geneesmiddelafgiftesystemen. Daarom dit artikel worden de procedures voor reverse engineering zijdecocons een zijde geregenereerde oplossing die kan worden gebruikt om stabiele zijde nanodeeltjes genereren opleveren. Deze nanodeeltjes worden vervolgens gekarakteriseerd met geneesmiddel beladen en onderzocht als potentiële antikanker geneesmiddelafgiftesysteem. In het kort worden zijdecocons omgekeerde eerst ontwikkeld door ontgommen de cocons, gevolgd door zijde ontbinding en schoon te maken, om een waterige zijde oplossing opleveren. Vervolgens wordt de geregenereerde oplossing zijde onderworpen aan nanoprecipitation aan zijde nanodeeltjes verkregen – een eenvoudige maar krachtige methodedat genereert uniforme nanodeeltjes. De zijden nanodeeltjes worden gekenmerkt volgens hun grootte, zèta-potentiaal, morfologie en stabiliteit in waterige media, evenals hun vermogen om een chemotherapeutisch payload vangen en doden van menselijke borstkankercellen. Kortom, de beschreven werkwijze levert uniform zijde nanodeeltjes die gemakkelijk kunnen worden onderzocht voor een groot aantal toepassingen, waaronder het gebruik als potentiële nanomedicine.
Nanogrootte geneesmiddelafgiftesystemen worden vaak gebruikt om geneesmiddelafgifte te regelen en een diverse reeks therapeutische nuttige lading afgeven – bijvoorbeeld, eiwitten, peptiden en kleine moleculaire gewicht drugs – cellen en weefsels te richten. Deze therapeutische ladingen worden vaak verwerkt in verschillende macromoleculaire dragers voor geneesmiddelen, zoals liposomen, in water oplosbare polymeren (inclusief dendrimeren) en micro- en nanodeeltjes 1. Nanodeeltjes (meestal in een groot bereik van 1 nm tot 1000 nm) worden op grote schaal onderzocht als potentiële dragers voor geneesmiddelen, in het bijzonder voor anti-kanker drug delivery 2. De succesvolle introductie van Abraxane (120 nm en kleinbedrijf albumine-based nanodeeltjes geladen met paclitaxel) in de dagelijkse klinische praktijk 3 heeft het veld gekatalyseerd, zodat veel meer nanodeeltjes voor drug delivery nu zijn het invoeren van klinische proeven 4. Solide tumoren algemeen slechte lymfatische drainage en hebben lekkende bloedvaten waardoor nanoparticles tot 200 nm wordt passief worden gericht op deze tumoren na intraveneuze toediening. Deze passieve targeting verschijnsel heet de verhoogde permeabiliteit en retentie (EPR) effect en werd voor het eerst in 1986 5. De EPR effect kan leiden tot een 50- tot 100-voudige toename van de geneesmiddelconcentraties in de tumor micro-omgeving voor een gegeven dosis geneesmiddel indien het geneesmiddel lading wordt geleverd met een macromoleculair geneesmiddeldrager benadering dan het vrije geneesmiddel zonder de drager. Met geneesmiddel beladen nanodeeltjes gemaakt van anti-kanker drug delivery moet de tumor micro bereiken en moeten vaak een specifieke intracellulaire compartiment voeren gewoonlijk door endocytische opname voor het geneesmiddel zijn gewenste therapeutische effect te bereiken 3. Nanodeeltjes ontworpen voor intracellulaire afgifte van geneesmiddelen benutten endocytose als toegangspoort in de cel en een route naar geneesmiddelenresistentie mechanismen overwinnen. Geneesmiddelafgifte uit nanodeeltjes vaak specifiek ontworpen occur in lysosomen (dwz lysosomotrope drug delivery) 6, waar de pH gevoeligheid van de nanodeeltjes carrier (lysosomale pH ongeveer 4,5) als trigger voor geneesmiddelafgifte of lysosomale enzymen die de lading bevrijden van de drager 7 kan dienen.
Veel verschillende soorten materialen kunnen worden gebruikt om nanodeeltjes (bijvoorbeeld metalen en vele organische en anorganische stoffen) te genereren. Echter, biopolymeren opkomst als aantrekkelijke materialen vanwege hun bekende biocompatibiliteit, biologische afbreekbaarheid en lage toxiciteit 8. Veel biopolymeren worden onderzocht, met inbegrip van albumine, alginaat, chitosan en zijde. Daarvan heeft zijde ontpopt als een veelbelovende kandidaat voor ontwikkeling in drug delivery systemen 9. Zijde van verschillende soorten worden geproduceerd door een aantal geleedpotigen, zoals spinnen (bijvoorbeeld Nephila clavipes) en zijderupsen (bijvoorbeeld Bombyx mori). Zijderups zijde wordt gebruikt veel meer extensluitend dan spinnenzijde omdat de zijderups is volledig geacclimatiseerd en zijn zijde vormt aldus een reproduceerbaar uitgangsmateriaal. Zijderups zijde is een Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurd materiaal voor menselijk gebruik, met name als hechtmateriaal; Het heeft een robuust veiligheidsniveau bij de mens en is bekend te worden afgebroken in vivo 10. De afbraak profiel van zijde kan worden afgestemd op variëren van uur (laag kristallijn zijde) tot 12 maanden of meer (hoog kristallijne zijde). Zijde afbraakproducten zijn niet giftig en worden gemetaboliseerd in het lichaam 10. De zijde structuur verleent het vermogen laag molecuulgewicht verbindingen en macromoleculaire eiwitgeneesmiddelen 11 te binden, waardoor het een goed materiaal voor gecontroleerde geneesmiddelafgifte. Eiwitgeneesmiddelen (bijvoorbeeld antilichamen) zijn gevoelig voor denaturatie, aggregatie, proteolytische splitsing en goedkeuring door het immuunsysteem. Echter, zijde stabiliseert therapeutische eiwitten door de buffercapaciteit van de nanokristallijne reregio's en zijn vermogen om watergehalte afstemmen op nanoschaal 11. Deze unieke functies bieden fysieke bescherming en verminderen payload mobiliteit 11 en zijn meestal niet gezien met andere (bio) polymeren. Veel anti-kanker drug delivery systemen, bijvoorbeeld-zijde gebaseerde hydrogels 12, films 13-15 en nanodeeltjes 16,17, zijn inmiddels ontwikkeld om deze mogelijkheden te benutten (beoordeeld in de referenties 18,19)
Hier werden zijde nanodeeltjes gekenmerkt door het bepalen van hun grootte en lading over een langere periode. Doxorubicine, een klinisch relevante geneesmiddel tegen kanker, werd gebruikt als een model geneesmiddel voor geneesmiddelbelading en cytotoxiciteit studies triple negatieve humane borstkankercellen behandeld met geneesmiddel beladen nanodeeltjes zijde.
Verschillende werkwijzen zijn beschikbaar voor zijde nanodeeltjes, zoals polyvinylalcohol mengen 20 produceren, sproeidrogen 21, uitzouten 22, capillaire microdot bedrukt 23, superkritisch CO2 precipitatie 24 en nanoprecipitation 16,25 (besproken in referentie 26). Echter, nanoprecipitation door zijn totale eenvoud, is de meest populaire techniek voor het genereren zijde nanodeeltjes. Daarom is het doel van deze studie was te passen …
The authors have nothing to disclose.
This research was supported by a Marie Curie FP7 Career Integration Grant 334134 within the seventh European Union Framework Program.
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 |