Polymerer er selvmonterte polymere vesikler som dannes i sfæriske former for å minimere Gibbs frie energi. Ved legemiddellevering er mer langstrakte strukturer gunstige. Denne protokollen etablerer metoder for å skape mer stanglignende polymerer, med langstrakte størrelsesforhold, ved hjelp av salt for å indusere osmotisk trykk og redusere indre vesiclevolumer.
Polymerer er membranbundne, bilayer vesikler laget av amfifile blokkkopolymerer som kan innkapsle både hydrofobe og hydrofile nyttelaster for bruksområder for levering av legemidler. Til tross for deres løfte er polymersomer begrenset i anvendelse på grunn av deres sfæriske form, som ikke lett tas opp av celler, som demonstrert av faste nanopartikkelforskere. Denne artikkelen beskriver en saltbasert metode for å øke sideforholdene til sfærisk poly (etylenglykol) (PEG)-baserte polymerer. Denne metoden kan forlenge polymerer og til slutt kontrollere deres endelige form ved å legge til natriumklorid i postformasjonsdialyse. Saltkonsentrasjonen kan varieres, som beskrevet i denne metoden, basert på hydrofobiskheten til blokkkopolymeren som brukes som base for polymersomet og målformen. Langstrakte nanopartikler har potensial til bedre å målrette endotelet i blodkar med større diameter, som årer, hvor marginering observeres. Denne protokollen kan utvide terapeutiske nanopartikkelapplikasjoner ved å bruke forlengelsesteknikker i takt med de doble, langvarige fordelene med polymerer.
Formmodulering er en relativt ny og effektiv måte å forbedre nanopartikkelmediert legemiddellevering på. Ikke bare øker endringen i morfologi overflaten av partikler, noe som igjen gir større bæreevne, men det har også implikasjoner over hele linjen for å forbedre stabilitet, sirkulasjonstid, biotilgjengelighet, molekylær målretting og kontrollert frigjøring1. Polymersomer, nanopartikkelen av fokus i denne metoden, har en tendens til termodynamisk selvmontering i en sfærisk form, som har vist seg å være upraktisk i cellulært opptak og lettere oppdages i immunsystemet som fremmedlegeme. Å kunne forlenge strukturen til en prolat eller en stang vil tillate narkotikabæreren å unngå makrofager ved å etterligne innfødte celler og mer vellykket levere til ønsket mål2,3,4,5,6,7. De betydelige fordelene med polymerer, inkludert membranbundet beskyttelse av nyttelaster, membranens stimuli-respons og dobbel innkapsling av hydrofile og hydrofobe legemidler8,9,10, som gjør dem sterke kandidater for legemiddellevering opprettholdes under formmodulering.
Det er mange forskjellige metoder for modulering av polymerosmers former, og hver kommer med sine respektive fordeler og ulemper. Imidlertid faller de fleste av disse metodene inn i to kategorier: løsningsmiddeldrevet og saltdrevet osmotisk trykkendring11. Begge tilnærmingene tar sikte på å overvinne bøyeenergien som er tilstede etter at polymerer er dannet i en sfærisk likevektsform. Ved å introdusere en osmotisk trykkgradient kan polymerer bli tvunget til å bøye seg i langstrakte strukturer til tross for sterke bøyeenergier11,12.
Den løsningsmiddelbaserte metoden utforsker formendring inspirert av Kims og van Hest13sarbeid. De plastiserte polymerer i et organisk løsningsmiddel og vannblanding for å fange de organiske løsningsmidlene i vesiclemembranen og drive vann ut av vesiclekjernen. Til slutt er partikkelens indre volum så lavt at det forlenger. Selv om denne metoden har vist løfte, mangler den praktisk. Denne metoden krever forskjellige løsningsmidler for hver enkelt polymer ryggrad involvert i moduleringen. Derfor er det ikke allment aktuelt å fremme formendring. Omvendt er den saltbaserte metoden jevn og bruker en universell driver som kan introdusere osmotisk trykk til mange blokkkopolymerbaserte polymerer.
Dette prosjektet benytter den saltbaserte metoden introdusert av L’Amoreaux et al14. Denne protokollen involverer to runder med dialyse. Man tar sikte på å rense og størkne poly(etylenglykol)-b-poly(melkesyre) (PEG-PLA) polymerer ved å fjerne organiske løsningsmidler som kan ha blitt fanget i bilayeren under produksjonen, og en som fremmer formendringen. Det andre dialysetrinnet introduserer en 50 mM NaCl-løsning som skaper en osmotisk trykkgradient for å drive formendringen. Denne metoden støttes av Salva et al., som bemerker at hypertonisk stress i en løsning vil føre til at vesicle krymper15. Denne metoden bygger på en tidligere publisert metode14 som ser på to forskjellige polyesterbaserte polymerer og forskjellige saltgradienter fra 50-200 mM NaCl. Polyestere brukes på grunn av deres biokompatibilitet og biologisk nedbrytning. Saltgradienten har varierende effekt på formen avhengig av hydrofobiskheten til blokkens kopuleringsryd. Den kan brukes til å lage prolater, stenger og stomatokytter. Denne saltdrevne metoden ble valgt på grunn av enkel replikering og eksperimentell allsidighet.
Selvmonterte systemer er notorisk ukontrollerbare. Deres endelige egenskaper, inkludert størrelse, form og struktur, drives av den valgte amfifilens hydrofobe egenskaper og det valgte løsningsmiddelmiljøet. Amfifile blokkkopolymerer har en tendens til sfæriske former, noe som minimerer Gibbs frie energi og fører til den termodynamiskelikevekten 23, og danner dermed polymerer. På grunn av deres likevektsnatur er polymersomer betydelig mer utfordrende å forlenge eller endre i form og derfor m…
The authors have nothing to disclose.
Dette prosjektet ble delvis finansiert av National Institutes of Health Project nummer 5P20GM103499-19 gjennom Student Initiated Research Project Program. Dette arbeidet ble også delvis støttet av Clemsons Creative Inquiry Program. Vi anerkjenner også Nicholas L’Amoreaux og Aon Ali som først jobbet med å lage denne protokollen, og publiserte sin første artikkel sitert her14.
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 |