Nanopartikler er fremstår som lovende stoffet leveringssystemer for et bredt spekter av indikasjoner. Her beskriver vi en enkel, men kraftfull metode for å produsere silke nanopartikler ved hjelp av omvendt utvikling silkeorm silke. Disse silke nanopartikler kan lett lastet med en terapeutisk nyttelast og senere utforsket for levering av legemidler programmer.
Silke er et lovende biopolymer for biomedisinske og farmasøytiske anvendelser på grunn av sine fremragende mekaniske egenskaper, biokompatibilitet og biologisk nedbrytbarhet, samt dens evne til å beskytte og deretter frigi dens nyttelast som respons på en utløser. Mens silke kan formuleres i forskjellige material formater, er silke nanopartikler fremstår som lovende medikamentavleveringssystemer. Derfor denne artikkelen dekker prosedyrene for reverse engineering silke kokonger for å gi en regenerert silke løsning som kan brukes til å generere stabile silke nanopartikler. Disse nanopartiklene senere blir preget, narkotika lastet og utforsket som en potensiell kreft narkotika leveringssystem. Kort fortalt er silke kokonger reverskonstruert først ved degumming kokonger, etterfulgt av silke oppløsning og rydde opp, for å gi en vandig silke løsning. Deretter blir den regenererte silke løsningen utsatt for nanoprecipitation å gi silke nanopartikler – en enkel, men effektiv metodesom genererer uniform nanopartikler. Silke nanopartikler er karakterisert i henhold til deres størrelse, zeta potensial, morfologi og stabilitet i vandige medier, så vel som deres evne til å fange et kjemoterapeutisk nyttelast og drepe humane brystcancerceller. Samlet sett gir den beskrevne metoden ensartede silke nanopartikler som lett kan utforskes for en myriade av programmer, inkludert deres bruk som en potensiell nanomedisin.
Nanostørrelse medikamentleveringssystemer er ofte brukes for å kontrollere medikamentfrigjøring og for å levere et variert sett av terapeutiske nyttelaster – for eksempel, proteiner, peptider og små molekylvekt legemidler – til målceller og vev. Disse terapeutiske nyttelaster blir ofte innlemmet i forskjellige makromolekylære legemiddelbærere, for eksempel liposomer, vannoppløselige polymerer (inkludert dendrimerer), og mikro- og nanopartikler 1. Nanopartikler (typisk i et størrelsesområde fra 1 nm til 1000 nm) blir mye undersøkt som potensielle legemiddelbærere, spesielt for antikreftlegemiddelavlevering 2. Den vellykkede introduksjonen av Abraxane (120 nm store albumin-baserte nanopartikler lastet med paclitaxel) i rutinemessig klinisk praksis tre har katalysert feltet, slik at mange flere nanopartikler for levering av legemidler går nå inn i kliniske studier 4. Solide svulster viser generelt dårlig lymfedrenasje og har lekk blodkar som betyr at nanoparticles på opp til 200 nm vil bli passivt rettet mot disse svulstene etter intravenøs administrasjon. Dette passive målretting fenomenet kalles forbedret permeabilitet og retensjon (EPR) virkning, og ble først rapportert i 1986 5. EPR-effekten kan føre til en 50- til 100-gangers økning i medikamentkonsentrasjon innen tumoren mikromiljøet for en gitt legemiddeldose når medikamentet nyttelasten blir levert ved hjelp av et makromolekylært medikament bærer tilnærming heller enn fritt medikament uten bæreren. Narkotika lastet nanopartikler laget for kreft narkotika levering må nå svulsten mikromiljøet og ofte må skrive inn et bestemt intracellulære rommet, vanligvis ved endocytic opptak, for at stoffet skal oppnå ønsket terapeutisk effekt 3. Nanopartikler er utformet for intracellulær levering av legemidler utnytte endocytose som en gateway inn i cellen, så vel som en rute for å overvinne medikamentresistensmekanismer. Drug utgivelse fra nanopartikler er ofte spesielt designet for å occur i lysosomer (dvs. lysosomotropic levering av legemidler) 6 hvor pH respons av nanopartikkel carrier (lysosomal pH ca. 4,5) kan tjene som trigger for medikamentfrigjørings eller lysosomale enzymer som frigjør nyttelasten fra transportøren 7.
Mange forskjellige klasser av materialer kan brukes til å generere nanopartikler (for eksempel metaller og mange organiske og uorganiske materialer). Imidlertid er biopolymerer fremstår som attraktive materialer på grunn av deres kjente biokompatibilitet, nedbrytbarhet og lav toksisitet 8. Mange biopolymerer blir undersøkt, inkludert albumin, alginat, kitosan og silke. Av disse har silke dukket opp som en lovende kandidat for utvikling i stoffet leveringssystemer 9. Silke av forskjellige typer er produsert av et antall av leddyr, inkludert edderkopper (f.eks Nephila clavipes) og Silkeormer (f.eks silkeorm). Silkworm silke brukes langt mer extensivt enn edderkopp silke fordi silkeormen er fullt domestisert og dens silke representerer således en reproduserbar utgangsmateriale. Silkworm silke er en Food and Drug Administration (FDA) godkjente materialer for bruk på mennesker, spesielt som en sutur materiale; den har en robust sikkerhetshistorie hos mennesker, og er kjent for å nedbrytes in vivo 10. Nedbrytningen profilen til silke kan være finjustert for å variere fra timer (lav krystallinsk silke) til 12 måneder eller mer (høy krystallinsk silke). Silke degraderingsprodukter er ikke-toksiske og metaboliseres i kroppen 10. Silke struktur formidler evnen til å binde små molekylære forbindelser og makromolekylære protein narkotika 11, noe som gjør det til et godt materiale for kontrollert legemiddeldosering. Protein medikamenter (f.eks antistoffer) er utsatt for denaturering, aggregasjon, proteolytisk spaltning og klaring av immunsystemet. Imidlertid stabiliserer silke terapeutiske proteiner på grunn av bufferkapasiteten til sin nanocrystalline gjenregioner og dens evne til å tilpasse vanninnhold på nanoskala 11. Disse unike egenskapene gir fysisk beskyttelse og redusere nyttelasten mobilitet 11 og er vanligvis ikke sett med andre (bio) polymerer. Mange anticancer stoffet leveringssystemer, for eksempel silke-baserte hydrogeler 12, filmer 13-15 og nanopartikler 16,17, har nå blitt utviklet for å utnytte disse funksjonene (anmeldt i referanser 18,19)
Her ble silkenanopartikler kjennetegnet ved å bestemme deres størrelse og ladning over en lengre tidsperiode. Doxorubicin, en klinisk relevant kreft narkotika, ble brukt som modell medikament for narkotika lasting og cytotoksiske studier i trippel negative menneskelige brystkreft celler behandlet med narkotikabelastede silke nanopartikler.
Forskjellige metoder er tilgjengelige for å produsere silke nanopartikler, inkludert polyvinylalkohol blending 20, spraytørke 21, salting ut 22, kapillær microdot utskrift 23, superkritisk CO 2 nedbør 24 og nanoprecipitation 16,25 (anmeldt i referanse 26). Imidlertid nanoprecipitation, på grunn av dens generelle enkelhet, er den mest populære teknikk for generering av silke nanopartikler. Derfor hensikten med denne studien var …
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 |