Summary
Polymersomen zijn zelfgeassembleerde polymere blaasjes die worden gevormd in bolvormige vormen om Gibb's Free Energy te minimaliseren. In het geval van medicijnafgifte zijn meer langwerpige structuren gunstig. Dit protocol stelt methoden vast om meer staafachtige polymersomen te maken, met langwerpige beeldverhoudingen, waarbij zout wordt gebruikt om osmotische druk te induceren en interne blaasvolumes te verminderen.
Abstract
Polymersomen zijn membraangebonden, tweelaagse blaasjes gemaakt van amfifiele blokcopolymeren die zowel hydrofobe als hydrofiele ladingen kunnen inkapselen voor toepassingen van medicijnafgifte. Ondanks hun belofte zijn polymersomen beperkt in toepassing vanwege hun bolvorm, die niet gemakkelijk wordt opgenomen door cellen, zoals aangetoond door solide nanodeeltjeswetenschappers. Dit artikel beschrijft een op zout gebaseerde methode voor het verhogen van de beeldverhoudingen van bolvormige poly(ethyleenglycol) (PEG)-gebaseerde polymersomen. Deze methode kan polymersomen verlengen en uiteindelijk hun uiteindelijke vorm controleren door natriumchloride toe te voegen aan dialyse na de vorming. De zoutconcentratie kan, zoals beschreven in deze methode, worden gevarieerd op basis van de hydrofobiciteit van het blokcopolymeer dat wordt gebruikt als basis voor het polymere en de doelvorm. Langwerpige nanodeeltjes hebben het potentieel om het endotheel beter te richten in bloedvaten met een grotere diameter, zoals aderen, waar marges worden waargenomen. Dit protocol kan therapeutische nanodeeltjestoepassingen uitbreiden door gebruik te maken van rektechnieken in combinatie met de dubbelbelading, lang circulerende voordelen van polymersomen.
Introduction
Vormmodulatie is een relatief nieuwe en efficiënte manier om de levering van nanodeeltjes te verbeteren. De verandering in de morfologie vergroot niet alleen het oppervlak van deeltjes, wat op zijn beurt een grotere draagkracht mogelijk maakt, maar het heeft ook implicaties over de hele linie om de stabiliteit, circulatietijd, biologische beschikbaarheid, moleculaire targeting en gecontroleerde afgifte te verbeteren1. Polymersomen, het nanodeeltje van focus in deze methode, hebben de neiging om thermodynamisch zelf te assembleren in een bolvorm, die onpraktisch is gebleken bij cellulaire opname en gemakkelijker wordt gedetecteerd in het immuunsysteem als een vreemd lichaam. Het kunnen verlengen van de structuur in een prolaat of een staaf zal de medicijndrager in staat stellen macrofagen te ontwijken door inheemse cellen na te bootsen en met meer succes te leveren aan hun gewenste doel2,3,4,5,6,7. De significante voordelen van polymersomen, met inbegrip van membraan-gebonden bescherming van ladingen, stimuli-responsiviteit van het membraan, en dubbele inkapseling van hydrofiele en hydrofobe geneesmiddelen8,9,10, die hen sterke kandidaten voor druglevering maken worden gehandhaafd tijdens vormmodulatie.
Er zijn veel verschillende methoden in het moduleren van polymersomen vormen, en elk wordt geleverd met zijn respectieve voor- en nadelen. De meeste van deze methoden vallen echter in twee categorieën: oplosmiddelgestuurde en zoutgestuurde osmotische drukverandering11. Beide benaderingen zijn gericht op het overwinnen van de buigenergie die aanwezig is nadat polymersomen in een bolvormige evenwichtsvorm zijn gevormd. Door een osmotische drukgradiënt in te voeren, kunnen polymersomen worden gedwongen om in langwerpige structuren te buigen, ondanks sterke buigenergieën11,12.
De solvent-based methode onderzoekt vormverandering geïnspireerd op het werk van Kim en van Hest13. Ze plastificeerde polymersomen in een organisch oplosmiddel- en watermengsel om de organische oplosmiddelen in het blaasjesmembraan te vangen en water uit de blaaskern te drijven. Uiteindelijk is het interne volume van het deeltje zo laag dat het zich verlengt. Hoewel deze methode veelbelovend is gebleken, mist het bruikbaarheid. Deze methode vereist verschillende oplosmiddelen voor elke afzonderlijke polymere ruggengraat die betrokken is bij de modulatie. Daarom is het niet algemeen toepasbaar om vormverandering te bevorderen. Omgekeerd is de op zout gebaseerde methode uniform en maakt gebruik van één universele driver die osmotische druk kan introduceren bij veel polymersomen op basis van blokcopolymeer.
Dit project maakt gebruik van de zoutgebaseerde methode geïntroduceerd door L'Amoreaux et al14. Dit protocol omvat twee dialyserondes. Men streeft naar het zuiveren en stollen van poly(ethyleenglycol)-b-poly(melkzuur) (PEG-PLA) polymersomen door organisch oplosmiddel te verwijderen dat tijdens de productie in de tweelaagse kan zijn vastgelopen, en een oplosmiddel dat de vormverandering bevordert. De tweede dialysestap introduceert een 50 mM NaCl-oplossing die een osmotische drukgradiënt creëert om de vormverandering aan te drijven. Deze methode wordt ondersteund door Salva et al., die opmerken dat hypertonische stress in een oplossing ervoor zorgt dat het blaasjekrimpt 15. Deze methode bouwt voort op een eerder gepubliceerde methode14 die kijkt naar twee verschillende polymersomen op polyesterbasis en verschillende zoutgradiënten van 50-200 mM NaCl. Polyesters worden gebruikt vanwege hun biologischecompatibiliteit en biologische afbraak. De zoutgradiënt heeft verschillende effecten op de vorm, afhankelijk van de hydrofobiciteit van de blokcopolymeer backbone. Het kan worden gebruikt om prolaten, staven en stomatocyten te maken. Deze zoutgestuurde methode werd gekozen vanwege het gemak van replicatie en experimentele veelzijdigheid.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Bolvormige polymersomenvorming met behulp van een oplosmiddelinjectiemethode
- Oplossen van polyesters in organisch oplosmiddel
OPMERKING: Er mag slechts één polyester tegelijk in het betreffende organische oplosmiddel worden opgelost om polymersomen te vormen.- Los polyesters PEG-PLA of PEG-b-poly (melkzuur-colycosolzuur) (PEG-PLGA) op in dimethylsulfoxide (DMSO) met een gewicht van 1,5%. Los in het bijzonder 0,015 g geselecteerd polyester op in 1 ml DMSO (15 mg/ml). Volledige oplossing van het polymeer kan perioden van maximaal 15 minuten vortexing vereisen.
- Terwijl het polyester oplost in organisch oplosmiddel, zet u het oplosmiddelinjectieapparaat op volgens figuur 1.
- Plaats een roerplaat direct onder de verticale spuitpomp. Plaats een glazen flacon van 5 ml met 1 ml gedeioneerd water van type II en een miniatuur roerstaaf op de roerplaat.
- Stel de hoogte van de spuitpomp zo in dat de punt van de naald volledig in gedeï gedeïdiseerd water kan worden ondergedompeld.
- Stel de infusiesnelheid van de spuitpomp in op 5 μL/min.
OPMERKING: Als een spuitpomp met een klein volume wordt gebruikt, kan de adapter met de spuit op een ringstandaard worden geplaatst. Als een spuitpomp met een groot volume wordt gebruikt, kan de pomp verticaal op een laboratoriumaansluiting worden geplaatst om de hoogte aan te passen.
- Voer de oplosmiddelinjectie uit door het organische oplosmiddel en de polyesteroplossing (stap 1.1.1) in een naald van 27 G met een naaldlengte van 1/2" te trekken.
- Plaats de naald in de spuitpomp en zorg ervoor dat deze volledig vast zit. Stel het duwblok in om het uiteinde van de zuiger van de spuit aan te raken.
- Start de roerplaat zodat het water bij 100 tpm draait en start vervolgens de spuitpomp.
- Zodra de spuitpomp het organische oplosmiddel en polymeer volledig in het roerwater heeft gestoken, verwijdert u het uit de roerstaaf en doopt u de glazen flacon af.
- Karakteriseer de polymersomen via dynamische lichtverstrooiing (DLS).
- Neem 1 ml water, nu met een klein percentage organisch oplosmiddel en polymeer, en plaats in een cuvette van 1 ml.
- Voer met behulp van de instellingen van tabel 1DLS uit door een cuvette van 1 ml in het systeem te plaatsen en de uitvoering in te stellen. Lees en verzamel de polymersome intensity-weighted diameter and polydispersity index (PDI).
OPMERKING: Een plastic cuvette werkt in dit geval prima, omdat de hoeveelheid organisch oplosmiddel erg laag is. Een glazen cuvette zal echter ook werken als er zorgen zijn.
- Bevestig de vorming van bolvormige polymeren met behulp van Transmission Electron Microscopy (TEM) en Scanning Electron Microscopy (SEM).
- Optimaliseer TEM- en SEM-protocollen op basis van de beschikbare apparatuur. Representatieve resultaten werden verkregen bij 120 kV in de TEM en 5,0 kV in de SEM.
- Als polymersomen niet zichtbaar zijn met EM, breng dan uranylacetaat aan als achtergrondvlek.
OPMERKING: Details over TEM- en SEM-beeldvorming voor de vormmodulatie van polymersomen op polyesterbasis zijn te vinden in referentie14. Informatie over elektronenmicroscopietechnieken voor zachte nanodeeltjes wordt beschreven in referentie16.
2. Dialyse om organisch oplosmiddel te verwijderen
- Was een dialysemembraan van 300 kDa volgens de protocollen van de fabrikant.
- Voeg 1 ml polymere oplossing toe aan het reservoir van het dialyseapparaat.
- Plaats het dialyseapparaat in een bekerglas van 250 ml met 150 ml gedeï gedeï gedeïdeerd water op een roerplaat. Zet de roerplaat op een snelheid die een zachte beweging van het dialyseapparaat mogelijk maakt en laat 's nachts roeren.
OPMERKING: Als er tijdens de dialyse een vortex wordt gevormd, moet de snelheid worden verlaagd. - Nadat de dialyse is voltooid, haalt u de polymere oplossing van 1 ml uit het dialyseapparaat. Karakteriseer de polymersome oplossing, volgens stap 1.5.
OPMERKING: Het verzamelen van deze informatie is relevant om het succes van het vormmodulatieprotocol te bepalen, aangezien men een toename van de PDI moet kunnen identificeren als het polymere is verlengd.
3. Dialyse tegen zoutgradiënten
- Creëer 150 ml gewenste zoutbuffer, met een concentratie van 50 mM, 100 mM of 200 mM natriumchloride op basis van de uiteindelijke gewenste polymere eigenschappen. Over het algemeen leidt een verhoogde zoutconcentratie tot een verhoogde polymere verlenging.
- Neem de polymere oplossing die werd gedialyseerd en gekarakteriseerd en opnieuw in het dialyseapparaat werd gebracht. Plaats het geladen dialyseapparaat in 150 ml van de gewenste zoutoplossing en laat het 18 uur zachtjes roeren.
OPMERKING: Vormgemoduleerde polymersomen kunnen gedurende perioden van maximaal 7 dagen worden opgeslagen en hun vorm behouden in een isotone oplossing.
4. Vorm gemoduleerde polymersomie karakterisering
- Voer na de vormmodulatie polymere karakterisering uit via DLS, TEM en SEM. Als polymersomen niet zichtbaar zijn met EM, breng dan uranylacetaat aan als achtergrondvlek.
- Voer DLS-metingen uit zoals beschreven in stap 1.5, met bijzondere aandacht voor PDI-metingen in vergelijking met bolvormige polymersomen, omdat een verandering in PDI een effectieve vormverandering in polymersomen suggereert.
- Zorg voor het gebruik van geschikte besturingselementen voor beeldvorming, met name niet-vormgemoduleerde polymersomen, om het succes van de methode te garanderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Tabel 2 geeft de verwachte resultaten weer bij het volgen van protocol stap 1. Merk op dat DMSO wordt gebruikt als oplosmiddel voor zowel PEG-PLA als PEG-PLGA bij de vorming van polymersomen. Afwijking van dit oplosmiddel is mogelijk, omdat andere water-mengbare oplosmiddelen de copolymeren zullen oplossen, maar naar verwachting de resultaten zullen veranderen. Verwacht wordt dat de PDI minder dan 0,2 zal zijn, wat wijst op de vorming van monodisperse polymersomen17. Merk op dat toenemende hydrofobiciteit leidt tot verhoogde afwijking in zowel polymersomendiameter als PDI. Indien bij het uitvoeren van het protocol de polymersome diameters sterk verschillen van de diameters die in deze tabel worden gerapporteerd; de meest typische boosdoener is een lage concentratie nanodeeltjes, aangetoond door een lage telling voor dat monster.
Figuur 2 toont het uiterlijk van niet-vormgemoduleerde polymersomen vóór de toevoeging van zoutgradiënten. Hier worden representatieve resultaten gepresenteerd van op PEG-PLA gebaseerde polymersomen volgens protocolstap 1. Ongeacht het gebruikte blokcopolymeer moet de TEM wijzen op een algehele bolstructuur, met een dikkere buitenlijn, die wijst op een membraan. Zonder NaCl presenteren PEG-PLA-polymersomen zich als bolvormige structuren in SEM met een borstelachtige buitenlaag van PEG die wordt waargenomen door de ruwe oppervlaktepresentatie.
Figuur 3 toont verwachte veranderingen in polymersomen na dialyse (stap 2). Ongeacht de concentratie organisch oplosmiddel die wordt gebruikt bij polymersomenvorming, zal dialyse van een uur in water om het oplosmiddel te verwijderen leiden tot dezelfde totale gemiddelde diameter, waarbij het verwijderen van oplosmiddelen de polymersomendiameter vermindert. Wanneer grotere initiële concentraties organisch oplosmiddel worden gebruikt, wordt een grotere diameter verwacht.
Figuur 4 geeft representatieve DLS-resultaten na vormverandering (stap 4). Figuur 4A laat zien dat bij het maken van PEG-PLA-polymersomen bescheiden veranderingen in PDI worden verwacht, wat kan wijzen op een verandering in vorm, maar beeldvorming vereist om te bevestigen welke specifieke vormen zich vormen met de polymersomen. Dialyserende PEG-PLA polymersomen tegen 50 mM NaCl kunnen leiden tot de vorming van prolaten met beeldverhoudingen rond 2, hoewel dit geen consistent resultaat is, aangetoond door grote afwijking in PDI14. Grotere zoutconcentraties kunnen leiden tot de vorming van meer stomatocytachtige vormen, wat consistent is met de huidige literatuur18. Bij het dialyseren van PEG-PLGA-polymersomen, die iets hydrofober zijn dan PEG-PLA-polymersomen, tegen zout, is de toename van PDI consistenter met rek, waarbij alle onderzochte zoutgradiënten leiden tot een toename van PDI. Het hebben van een verandering in PDI (ΔPDI) boven één is bemoedigend voor de vorming van langwerpige polymersomen. Nogmaals, beeldvorming moet worden gebruikt om te bevestigen welke vormen worden gemaakt. Figuur 4B laat zien dat vergelijkbare resultaten moeten worden waargenomen bij het gebruik van een zoutgradiënt van 50 mM om een vormverandering te veroorzaken, ongeacht de hydrofobiciteit van polyester, terwijl 100 mM en 200 mM NaCl-zoutgradiënten de directe trend weergeven dat ΔPDI toeneemt met toenemende polyesterhydrofobiciteit (d.w.z. PEG-PLGA moet een hogere ΔPDI hebben na zoutdialyse dan PEG-PLA).
Figuur 5 geeft enkele voorbeelden van polymere vormen die worden verwacht bij het uitvoeren van het protocol. Gepresenteerd worden representatieve TEM-beelden van vormgemoduleerde PEG-PLA-polymersomen na dialyse in 0, 50, 100 of 200 mM NaCl. Bedenk dat zelfgeassembleerde polymersomen minder controleerbaar zijn dan vaste deeltjes. Daarom wordt verwacht dat in elk monster afwijkingen in grootte en vorm worden waargenomen, die niet worden waargenomen bij het moduleren van de vorm van meer vaste nanodeeltjes5,7,19,20,21. Kennis van zowel figuur 4 als figuur 5 toont dit aan voor PEG-PLA polymersomen met een diameter van 50 mM NaCl; dit monster presenteert zich met stomatocyten en langwerpige staven. Naarmate het zout wordt verhoogd tot 100 mM, wordt een verhoogd aantal staafvorming met een verminderd aantal stomatocyten waargenomen. Ten slotte vormen PEG-PLA-polymersomen met dialyse tegen 200 mM NaCl consistenter prolaten met een bescheiden beeldverhouding (tussen 2 en 3). Het uitvoeren van dit protocol zal leiden tot een verdeling van nanodeeltjesvormen, net als de aard van zelfgeassembleerde nanogeneeskunde.
| Montuur | Waarde |
| Materiaal Brekingsindex | Instellen op uw materiaal; 1.450 voor polymeer |
| Dispergeermiddel | [NaCl] gebruikt; complex oplosmiddel opgezet in DLS-software |
| Temperatuur | 25 °C |
| Equilibratietijd | 120 s |
| Meethoek | 173 ° Terug Scatter |
| Meetduur | Automatisch |
| Gegevensverwerking | Algemeen doel |
Tabel 1: Parameters die moeten worden gebruikt bij het meten van de grootte en polydispersiteitsindex voor polymersomen via dynamische lichtverstrooiing voor en na vormmodulatie.
| Polyester blok co-polymeer | Middellijn | PDI | ||||
| d, nm | - | |||||
| PEG-b-PLA | 202.5 | ± | 12.0 | 0.06 | ± | 0.06 |
| PEG-b-PLGA | 139.6 | ± | 25.9 | 0.16 | ± | 0.06 |
| PEG-b-PCL | 320.9 | ± | 98.8 | 0.14 | ± | 0.06 |
Tabel 2: Gemiddelde polymersomendiameter en polydispersiteitsindex na injectie met oplosmiddelen. Deze gegevens zijn typisch voor PEG-PLA- en PEG-PLGA-polymersomen na injectie met oplosmiddelen, na stap 1.5. in het protocol.
Figuur 1: Oplosmiddelinjectieapparatuur. Gemaakt met BioRender. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 2: TEM- en SEM-afbeeldingen van bolvormige PEG-PLA-polymersomen prezoutdialyse. Voor TEM werden bolvormige deeltjes gedroogd uit een 0 mM NaCl-suspensie en gekleurd met uranylacetaat. TEM-beelden zijn gemaakt met een directe vergroting van 120 kV/60.000x. SEM-beelden werden genomen met 5,0 kV. Afbeeldingen zijn aangepast aan eerder gepubliceerde resultaten14. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3: Bolvormige PEG-PLA gebaseerde polymersome Z-Gemiddelde diameter tijdens dialyse. Dialyse verwijdert organisch oplosmiddel, dat polymere membranen stolt en de polymere diameter vermindert, zoals aangetoond voor polymersomen op basis van PEG-PLA. Deze figuur is aangepast van een pre-print22 en gepubliceerd in Nanotechnology14. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Verwachte PDI-verandering (ΔPDI) voor elke polymersomen op polyesterbasis na toevoeging van zoutgradiënten. (A) ΔPDI versus concentratie van NaCl voor elk polymeroom op polyesterbasis. (B) ΔPDI versus polyester voor elke concentratie nacl. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 5: Monster TEM-beelden van vormgemoduleerde PEG-PLA-polymersomen na dialyse tegen 0, 50, 100 en 200 mM NaCl. Om te helpen bij de visualisatie van vormen gevormd door de zoutdialyse, wordt bovenaan de figuur een sleutel gegeven, die potentiële vormen van bollen (paars), staven (groen), prolaten (oranje) en stomatocyten (rood) aanduidt. Zoals gebruikelijk bij zelfgeassembleerde systemen, worden verschillende vormen en maten gevormd. Vóór de zoutdialyse worden bollen consequent waargenomen. Het gebruik van natriumchloridegradiënten van 50 mM en 100 mM leidt tot een grote verscheidenheid aan vormen, waaronder stomatocyten (50 en 100 mM), staven (50 mM), bollen (100 mM) en prolaten (100 mM) aangeduid met pijlen gekleurd volgens de verstrekte sleutel. Ten slotte leidt het gebruik van een natriumchloridegradiënt van 200 mM tot de vorming van voornamelijk prolaatvormen, met sommige stomatocyten. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Zelfgemonteerde systemen zijn notoir oncontroleerbaar. Hun uiteindelijke eigenschappen, waaronder grootte, vorm en structuur, worden gedreven door de hydrofobe eigenschappen van de gekozen amfifiel en de gekozen oplosmiddelomgeving. Amfifiele blokcopolymeren neigen naar bolvormige vormen, die gibb's vrije energie minimaliseren en leidt tot het thermodynamische evenwicht23, waardoor polymersomen worden gevormd. Vanwege hun evenwichtskarakter zijn polymersomen aanzienlijk uitdagender om te verlengen of van vorm te veranderen en daarom minder bestudeerd dan vaste nanodeeltjes. De oplosmiddelgestuurde methode is uitgebreid bestudeerd in combinatie met polymersomen op basis van PEG-b-polystyreen (PS)12,13,24,25,26,27. Vanwege de noodzaak om protocollen voor een op oplosmiddelen gebaseerde aanpak voor elk gebruikt blokcopolymeer opnieuw te optimaliseren, is deze methode echter niet op grote schaal toegepast om de vormen van polymersomen gemaakt van alternatieve materialen te veranderen. Andere methoden die worden gebruikt om polymere vorm te moduleren zijn zeer specifiek voor de polymere chemie; sommigen introduceren peryleengroepen24,28 of andere crosslinkers29,30,31 om de gewenste instorting en verlenging te initiëren. De specificiteit van de benadering van het polymere materiaal beperkt de wijdverbreide toepasbaarheid ervan. Deze methode gebruikt zout als driver voor het creëren van een osmotische drukgradiënt tussen het interne, met blaasjes ingekapselde water en het externe zoute water. Dit kan universeler worden toegepast dan de alternatieve oplosmiddelgestuurde methode, omdat verschillende polymeren verschillende oplosmiddelen nodig hebben om succes in de vormmodulatie te garanderen. Zoutgebaseerde vormmodulatie van polymersomen heeft gewerkt met PEG-b-PS18, poly (dimethylsiloxaan)-g-poly (ethyleenoxide)15, en nu, met een recente publicatie, polymersomen op polyesterbasis14. Het chemie-onafhankelijke succes van deze methode belooft de ontwikkeling van meer gerichte systemen voor medicijnafgifte. Met name de toepasbaarheid van deze benadering op het gebruik van polyesters kan wijdverbreide biologische voordelen hebben, omdat deze materialen biologisch afbreekbaar zijn.
De eerste dialysestap is cruciaal. De oplosmiddelinjectiemethode van polymersomenvorming maakt gebruik van water-mengbare oplosmiddelen die tijdens de vorming kunnen vast komen te zitten in het hydrofobe membraan van polymersomen, waardoor hun membranen beter doorlatend zijn voor zaken als zout. De eerste dialyse van gevormde polymersomen in water zorgt ervoor dat het oplosmiddel uit de polymeerruggraat is verwijderd, wat blijkt uit een afname van de polymersomendiameter (figuur 3). Dit maakt het polymersome minder doorlatend voor zoutmoleculen die in de tweede dialysestap worden geïntroduceerd, die de drukgradiënt over het polymere membraan vormt.
Bij het maken van vormgemoduleerde polymersomen wordt verwacht dat elk monster polymersomen zal bezitten die van verschillende vormen en maten zijn. De voordelen van membraangebonden medicijnafgifte, inclusief maar niet beperkt tot payloadbescherming, langere circulatietijd en verhoogde cellulaire opname, wegen op tegen de nadelen van polydispersiteit. Dit feit vereist dat beelden worden genomen in combinatie met DLS-gegevens telkens wanneer polymersomen worden bereid. Er is opgemerkt dat een toename van de PDI duidt op een verschuiving van bolvormige naar niet-bolvormige deeltjes32, maar een directe correlatie tussen ΔPDI en specifieke vorm is nog niet geïdentificeerd. Dit is vooral belangrijk bij lagere zoutconcentraties, waarbij er een grote batch-to-batch variabiliteit is in ΔPDI (Figuur 4).
Deze methode is alleen toegepast om de vorm te moduleren van de twee polyester blokcopolymeren die polymersomen vormen die in dit artikel worden gepresenteerd (PEG-PLA en PEG-PLGA). Andere soorten op PEG gebaseerde polymersomensystemen zijn voor de vorm gewijzigd via andere zoutgradiënten of oplosmiddelgradiënten, die elders worden beoordeeld33, hoewel er niet veel onderzoek is gedaan naar de vormmodulatie van niet op PEG gebaseerde polymersomensystemen. Polymersomen zijn de evenwichtstoestand van PEG-PLA en PEG-PLGA in dit document vanwege hun moleculaire gewichten, die hydrofiele fracties leveren die leiden tot membraangebonden blaasjes10. Het volgen van de methode rechtstreeks met een alternatief polymeer kan dus verschillende resultaten opleveren. Over het algemeen kan deze methode worden gebruikt om de vormen van notoir oncontroleerbare, zelfgeassembleerde polymersomen gevormd uit polyesterblokcopolymeren te controleren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Acknowledgments
Dit project werd gedeeltelijk gefinancierd door de National Institutes of Health Project nummer 5P20GM103499-19 via het Student Initiated Research Project Program. Dit werk werd ook gedeeltelijk ondersteund door Clemson's Creative Inquiry Program. We erkennen ook Nicholas L'Amoreaux en Aon Ali die aanvankelijk werkten aan het maken van dit protocol, het publiceren van hun eerste artikel hier geciteerd14.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 15*45 vials screw thread w/cap attached | Fisherbrand | 9609104000 | |
| Dimethyl Sulfoxide | Fisher Chemical | D128-1 | |
| Dimethyl Sulfoxide | BDH | BDH1115-1LP | |
| Isoremp stirrers, hotplates, and stirring hotplates | Fisher scientific | CIC00008110V19 | |
| LEGATO 130 SYRINGE PUMP | kd Scientific | 788130 | |
| PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer | Polysciences Inc | 24381-1 | note the molecular weights when replicating |
| Poly(ethylene glycol) (2000) Methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide) (4500) | Sigma aldrich | 764825-1G | note the molecular weights when replicating |
| Single-Use Syringe/BD PrecisionGlide Needle combination, sterile, BD medical | BD medical | BD305620 | Tuberculin |
| Sodium Chloride | BDH | BDH9286 | |
| Zetasizer Nano ZS | Malvern |
References
- Varma, L. T., et al. Recent advances in self-assembled nanoparticles for drug delivery. Current Drug Delivery. 17 (4), 279-291 (2020).
- Salatin, S., Maleki Dizaj, S., Yari Khosroushahi, A. Effect of the surface modification, size, and shape on cellular uptake of nanoparticles. Cell Biology International. 39 (8), 881-890 (2015).
- Baio, J. E., et al. Reversible activation of pH-sensitive cell penetrating peptides attached to gold surfaces. Chemical Communications. 51 (2), 273-275 (2015).
- Zhou, Y., et al. Mesoporous silica nanoparticles for drug and gene delivery. Acta Pharmaceutica Sinica B. 8 (2), 165-177 (2018).
- Champion, J. A., Mitragotri, S.
- Banerjee, A., Qi, J., Gogoi, R., Wong, J., Mitragotri, S. Role of nanoparticle size, shape and surface chemistry in oral drug delivery. Journal of Controlled Release. 238, 176-185 (2016).
- Kolhar, P., et al. Using shape effects to target antibody-coated nanoparticles to lung and brain endothelium. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (26), 10753-10758 (2013).
- Meng, F., Zhong, Z., Feijen, J. Stimuli-responsive polymersomes for programmed drug delivery. Biomacromolecules. 10 (2), 197-209 (2009).
- Iqbal, S., Blenner, M., Alexander-Bryant, A., Larsen, J. Polymersomes for therapeutic delivery of protein and nucleic acid macromolecules: from design to therapeutic applications. Biomacromolecules. 21 (4), 1327-1350 (2020).
- Discher, D. E., Ahmed, F.
- Seifert, U., Berndl, K., Lipowsky, R. Shape transformations of vesicles: Phase diagram for spontaneous- Curvature and bilayer-coupling models. Physical Review A. 44 (2), 1182-1202 (1991).
- Rikken, R. S. M., et al. Shaping polymersomes into predictable morphologies via out-of-equilibrium self-assembly. Nature Communications. 7, 1-7 (2016).
- Kim, K. T., et al. Polymersome stomatocytes: Controlled shape transformation in polymer vesicles. Journal of the American Chemical Society. 132 (36), 12522-12524 (2010).
- L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs. Nanotechnology. 31 (17), 175103 (2020).
- Salva, R., et al. Polymersome shape transformation at the nanoscale. ACS Nano. 7 (10), 9298-9311 (2013).
- Skoczen, S. L., Stern, S. T. Characterization of Nanoparticles Intended for Drug Delivery. Methods in Molecular Biology. 1682, Springer New York. New York, NY. (2018).
- Bhattacharjee, S. DLS and zeta potential - What they are and what they are not. Journal of Controlled Release. 235, 337-351 (2016).
- Men, Y., Li, W., Lebleu, C., Sun, J., Wilson, D. A. Tailoring polymersome shape using the Hofmeister effect. Biomacromolecules. 21 (1), 89-94 (2020).
- Decuzzi, P., et al. Size and shape effects in the biodistribution of intravascularly injected particles. Journal of Controlled Release. 141 (3), 320-327 (2010).
- Liu, Y., Tan, J., Thomas, A., Ou-Yang, D., Muzykantov, V. R. The shape of things to come: Importance of design in nanotechnology for drug delivery. Therapeutic Delivery. 3 (2), 181-194 (2012).
- Tao, L., et al. Shape-specific polymeric nanomedicine: Emerging opportunities and challenges. Experimental Biology and Medicine. 236 (1), 20-29 (2011).
- L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs. BioRxiv. , 796201 (2019).
- Chandler, D. Interfaces and the driving force of hydrophobic assembly. Nature. 437 (7059), 640-647 (2005).
- Wong, C. K., Mason, A. F., Stenzel, M. H., Thordarson, P. Formation of non-spherical polymersomes driven by hydrophobic directional aromatic perylene interactions. Nature Communications. 8 (1), (2017).
- Abdelmohsen, L. K. E. A., et al. Shape characterization of polymersome morphologies via light scattering techniques. Polymer. 107, 445-449 (2016).
- Men, Y., et al. Nonequilibrium Reshaping of polymersomes via polymer addition. ACS Nano. 13 (11), 12767-12773 (2019).
- Meeuwissen, S. A., Kim, K. T., Chen, Y., Pochan, D. J., van Hest, J. C. M. Controlled shape transformation of polymersome stomatocytes. Angewandte Chemie. 123 (31), 7208-7211 (2011).
- Wong, C. K., et al. Faceted polymersomes: A sphere-to-polyhedron shape transformation. Chemical Science. 10 (9), 2725-2731 (2019).
- Chidanguro, T., Ghimire, E., Simon, Y. C. Shape-transformation of polymersomes from glassy and crosslinkable ABA triblock copolymers. Journal of Materials Chemistry B. 8 (38), 8914-8924 (2020).
- Van Oers, M. C. M., Rutjes, F. P. J. T., Van Hest, J. C. M. Tubular polymersomes: A cross-linker-induced shape transformation. Journal of the American Chemical Society. 135 (44), 16308-16311 (2013).
- Che, H., et al. Pathway dependent shape-transformation of azide-decorated polymersomes. Chemical Communications. 56 (14), 2127-2130 (2020).
- Haryadi, B. M., et al. Nonspherical nanoparticle shape stability is affected by complex manufacturing aspects: Its implications for drug delivery and targeting. Advanced Healthcare Materials. 8 (18), 11-13 (2019).
- Katterman, C., Pierce, C., Larsen, J. Combining nanoparticle shape modulation and polymersome technology in drug delivery. ACS Applied Bio Materials. , (2021).
