Poli (Magnetic and Thermal-sensitive Poly)<em> N</em> Microgels com base em isopropilacrilamida) para liberação controlada com disparo magnético
Summary
Este manuscrito descreve a preparação de microgeles magnéticos e sensíveis ao calor através de uma emulsão induzida por temperatura sem reação química. Estes microgéis sensíveis foram sintetizados misturando nanopartículas de poli ( N- isopropilacrilamida) (PNIPAAm), polietilenimina (PEI) e de Fe 3 O 4 -NH 2 para o uso potencial em liberação de fármaco acionada magneticamente e termicamente.
Abstract
Os microgéis de poli ( N- isopropilacrilamida) (PNIPAAm) / Fe 3 O 4 -NH 2 magnéticamente e termicamente sensíveis com a curcumina anticancerosa encapsulada (Cur) foram concebidos e fabricados para libertação com disparo magnético. Os microgéis magnéticos baseados em PNIPAAm com uma estrutura esférica foram produzidos através de uma emulsão induzida por temperatura seguida de reticulação física por mistura de nanopartículas magnéticas PNIPAAm, polietilenimina (PEI) e de Fe 3 O 4 -NH 2 . Devido à sua dispersidade, as nanopartículas de Fe3O4-NH2 foram incorporadas dentro da matriz de polímero. Os grupos amina expostos na superfície Fe 3 O 4 -NH 2 e PEI suportaram a estrutura esférica por reticulação fisica com os grupos amida do PNIPAAm. A droga hidrofóbica anticancerígena curcumina pode ser dispersa em água após o encapsulamento nos microgéis. Os microgelos foram caracterizadosPor microscopia eletrônica de transmissão (TEM), espectroscopia de infravermelho de transformação de Fourier (FT-IR) e análise espectral UV-Vis. Além disso, a liberação com disparo magnético foi estudada sob um campo magnético externo de alta freqüência (HFMF). Foi observada uma significativa "libertação de rajada" de curcumina após a aplicação do HFMF aos microgéis devido ao efeito do aquecimento indutivo magnético (hipertermia). Este manuscrito descreve a liberação controlada com gatilho magnético da curcumina encapsulada Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 , que pode ser potencialmente aplicada para terapia tumoral.
Introduction
Os hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais (3D) que não podem se dissolver, mas podem inchar em soluções aquosas 1 . As redes poliméricas têm domínios hidrofílicos (que podem ser hidratados para fornecer a estrutura do hidrogel) e uma conformação reticulada (o que pode impedir o colapso da rede). Vários métodos foram investigados para a preparação de hidrogéis, tais como polimerização em emulsão, copolimerização aniónica, reticulação de cadeias poliméricas vizinhas e polimerização inversa de microemulsão 2 . A reticulação física e química é introduzida através destes métodos para obter hidrogéis estruturalmente estáveis 1 , 3 . A reticulação química requer normalmente a participação do agente de reticulação, que liga a espinha dorsal ou a cadeia lateral dos polímeros. Comparado ao reticulado químico, o reticulado físico é uma escolha melhor para o fabr Hidrogéis gelados devido à evitação de um agente de reticulação, uma vez que estes agentes são frequentemente tóxicos para aplicações práticas 4 . Várias abordagens foram investigadas para sintetizar hidrogéis fisicamente reticulados, como reticulação com interação iônica, cristalização, ligação entre blocos anfifílicos ou enxerto nas cadeias de polímero e ligação de hidrogênio 4 , 5 , 6 , 7 .
Os polímeros sensíveis a estímulos, que podem sofrer mudanças de propriedade conformação, química ou física em resposta a diferentes condições ambientais ( isto é , temperatura, pH, luz, força iónica e campo magnético), atraíram recentemente a atenção como uma plataforma potencial para sistemas de liberação controlada , Entrega de drogas e terapia anti-câncer 8 , 9 ,Xref "> 10 , 11 , 12. Os pesquisadores estão focados em polímeros termo-sensíveis onde a temperatura intrínseca pode ser facilmente controlada. O PNIPAAm é um polímero termicamente sensível, que contém grupos de amida hidrófila e grupos isopropílicos hidrofóbicos e tem uma temperatura de solução crítica mais baixa (LCST) 13. A ligação de hidrogênio entre grupos de amida e moléculas de água fornece a dispersidade de PNIPAAm em solução aquosa a baixas temperaturas (abaixo da LCST), enquanto a ligação de hidrogênio entre cadeias de polímero ocorre em altas temperaturas (acima da LCST) e exclui água Moléculas para que a rede de polímeros colapsa. Em relação a esta propriedade única, muitos relatórios foram publicados para a preparação de hidrogéis auto-montados com temperatura, ajustando a relação hidrofóbica e hidrofílica do comprimento da cadeia de polímero, como a copolimerização, o enxerto, Modificação de cadeia para farmáciaPlataformas cal, 14 , 15 , 16 , 17 .
Materiais magnéticos como ferro, cobalto e níquel também receberam atenção crescente nas últimas décadas para aplicações bioquímicas 18 . Entre esses candidatos, o óxido de ferro é o mais utilizado devido à sua estabilidade e baixa toxicidade. Os óxidos de ferro de tamanho nanométrico respondem instantaneamente ao campo magnético e se comportam como átomos superparamagnéticos. No entanto, tais partículas pequenas facilmente agregam; Isso reduz a energia da superfície e, portanto, eles perdem a dispersidade. A fim de melhorar a dispersão da água, o enxerto ou o revestimento para proteger a camada são comumente aplicados não apenas para separar cada partícula individual para a estabilidade, mas também para funcionalizar ainda mais o local de reacção 19 .
Aqui, fabricamos microfones baseados em PNIPAAm magnéticosGeles para servir como transportadoras de medicamentos para sistemas de liberação controlada. O processo de síntese é descrito e mostrado na Figura 1 . Em vez de uma copolimerização complicada e reticulação química, a nova emulsão induzida por temperatura de PNIPAAm seguida por reticulação física foi empregada para a obtenção de microgels sem surfactante adicional ou agentes de reticulação. Isso simplificou a síntese e impediu a toxicidade indesejada. Dentro de um protocolo de preparação tão simples, os microgéis com síntese oferecidos oferecem dispersão de água tanto para as nanopartículas magnéticas de óxido de ferro quanto para a droga hidrofóbica e anticancerígena, a curcumina. FT-IR, TEM e imagens provaram evidências de dispersão e encapsulamento. Devido ao Fe 3 O 4 -NH 2 incorporado, os microgels magnéticos mostraram potencial para servir como micro-dispositivos para libertação controlada sob HFMF.
Protocol
Representative Results
Discussion
As etapas mais importantes da preparação estão na seção de protocolo 2, para a síntese dos microgéis magnéticos por emulsão termo-induzida. Conforme mostrado na Figura 2 (imagens de TEM), a estrutura esférica de microgels pode ser mantida na RT (inferior à LCST) devido à reticulação física resultante da forte ligação de H entre PNIPAAm (grupos amida), PEI (grupos amina) E Fe 3 O 4 -NH 2 (grupos amina). Com base na comparação na <strong cla…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado financeiramente pelo Ministério da Ciência e Tecnologia de Taiwan (MOST 104-2221-E-131-010, MOST 105-2622-E-131-001-CC2) e parcialmente apoiado pelo Institute of Atomic and Molecular Sciences, Academia Sinica.
Materials
| Poly(N-isopropylacrylamide) | Polyscience, Inc | 21458-10 | Mw~40000 |
| (3-aminopropyl)trimethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 | > 99 % |
| Iron(II) chloride tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 44939 | 99% |
| Iron(III) chloride | Sigma-Aldrich | 157740 | 97% |
| Curcumin | Sigma-Aldrich | 00280590 | |
| Ammonia hydroxide | Fisher Chemical | A/3240/PB15 | 35% |
| Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | 806552 | pH 7.4, liquid, sterile-filtered |
| Polyethylenimine (PEI) | Sigma-Aldrich | P3143 | 50 % (w/v) in water |
| High-frequency magnetic field (HFMF) | Lantech Industrial Co., Ltd.,Taiwan | LT-15-80 | 15 kV, 50–100 kHz |
| Ultraviolet-Visible Spectrophotometry | Thermo Scientific Co. | Genesys | |
| Transmission electron microscopy (TEM) | JEM-2100 | JEOL | |
| Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) | PerkinElmer | Spectrum 100 | |
| Thermogravimetric analyzer | PerkinElmer | Pyris 1 | |
| Ultrasonic cell disruptor | Hielscher Ultrasonics | UP50H |
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