Osmotik Basınç Kullanarak Polyester Bazlı Polimeromların Modülasyon Şekli
21 Nisan 2021
Polimeromlar, Gibb'in Serbest Enerjisini en aza indirmek için küresel şekillerde oluşturulan kendi kendine monte edilmiş polimerik veziküllerdir. İlaç teslimi durumunda, daha uzun yapılar faydalıdır. Bu protokol, ozmotik basıncı teşvik etmek ve iç veziklin hacimlerini azaltmak için tuz kullanarak uzun en boy oranlarına sahip daha çubuk benzeri polimeromlar oluşturmak için yöntemler oluşturur.
Nanopartikül şekli hücresel alımı etkiler, ancak polimeromların şeklini değiştirmek için sınırlı çalışma yapılmıştır. Bu protokol, gelişmiş ilaç dağıtım uygulamaları için polimeromların nasıl aşılacağını göstermektedir. Bu teknik, ilaç dağıtımında, sahte hücrelerde veya keşfedilmemiş diğer alanlarda potansiyel uygulamalarla birçok farklı polimerom şekli oluşturabilen basit bir yaklaşım sağlar.
Uzun polimeromlar aynı anda hidrofobik ve hidrofilik ilaçları hücrelere daha kolay teslim edebilir. Bu teknik, büyük bir tıbbi zorluğu ele alarak, kan-beyin bariyeri boyunca mekik ilaçlarına yardımcı olabilir. Başlamak için, 0.015 gram seçilen polyesteri 15 dakika boyunca girdaplayarak bir mililitre DMSO'da çözün ve solvent enjeksiyon cihazını kurun.
Başlangıç plakasını doğrudan dikey şırıngar pompasının altına yerleştirin, ardından karıştırma plakasındaki minyatür bir yıldız çubuğuna bir mililitre tip iki deiyonize su içeren beş mililitrelik bir cam safra yerleştirin. Şırınga pompalarının yüksekliğini, iğne ucunun tip iki deiyonize suya tamamen daldırılmasını sağlayacak şekilde ayarlayın ve şırınga pompasının infüzyon oranını dakikada beş mikrolitreye ayarlayın. Organik çözücü ve polyester çözeltisini 27 kalibrelik bir iğneye çekerek çözücü enjeksiyonu gerçekleştirin.
İğneyi şırınga pompasına yerleştirin ve güvenli olduğundan emin olun. Şırıngan pistonun ucuna dokunmak için itici bloğunu ayarlayın. Karıştırma plakasını, suyun dakikada 100 devirde dönmesi için başlatın ve ardından şırınna pompasını çalıştırın.
Şırıngam pompası organik çözücü ve polimeri suya tamamen aşıladıktan sonra, karıştırma çubuğunu çıkarın ve cam aşağılık kaplayın. Polimeromların dinamik ışık saçılımı veya DLS ile karakterizasyonu için, bir mililitrelik bir cuvette'e küçük bir organik çözücü ve polimer yüzdesine sahip bir mililitre su ekleyin. Cuvette'i sisteme yerleştirerek ve çalıştırmayı ayarlayarak DLS gerçekleştirildi.
Polimerom yoğunluğu ağırlıklı çapı ve polidisperlik indeksini veya PDI'yı okuyun. Üretici tarafından sağlanan protokollere göre 300 kilodalton diyaliz zarını yıkadıktan sonra diyaliz cihazının rezervuarına bir mililitre polimerom çözeltisi ekleyin. Diyaliz cihazını 150 mililitre tip iki deiyonize su ile 250 mililitrelik kabın içine bir karıştırma plakasına yerleştirin.
Karıştırma plakasını diyaliz cihazının hafifçe hareket etmesine izin veren bir hıza ayarlayın ve gece boyunca karıştırmaya bırakın. Diyaliz tamamlandıktan sonra, bir mililitre polimerom çözeltisini diyaliz cihazından çıkarın. Son istenen polimerom özelliklerine dayanarak 50, 100 veya 200 milimolar sodyum klorür konsantrasyonu ile 150 mililitre istenen tuz tamponu oluşturun ve diyaliz cihazının yükünü karıştırmak için 18 saat boyunca 150 mililitre tuz çözeltisinde tutun.
Şekil modülasyonundan sonra DLS ölçümleri gerçekleştirin. PDI'daki bir değişiklik polimeromlarda etkili bir şekil değişikliğine işaret ettiği için ruhsal polimeromlara kıyasla PDI ölçümlerine özellikle dikkat edin. Yöntemin başarısını sağlamak için görüntüleme için uygun kontrolleri, özellikle şekilsiz modüle edilmiş polimeromları kullanın.
PEG-PLA bazlı polimeromların TEM gözlemi, bir zarın göstergesi olan daha kalın bir dış çizgiye sahip genel bir küresel yapıyı gösterir. Polimeromlar, PEG'in dış tabakası gibi bir fırça ile fiziksel yapılar ve SEM olarak bulunur. Suda bir saatlik diyaliz, polimerom çapını azaltarak çözücü çıkarma ile aynı genel ortalama çapa yol açtı.
Daha büyük ilk organik çözücü konsantrasyonları kullanıldığında, daha büyük çapta düşüşler beklenir. PEG-PLA polimeromları yaparken, PDI'da şekil değişikliğine işaret edebilecek mütevazı değişiklikler beklenmektedir. PEG-PLA polimerlerinden biraz daha hidrofobik olan PEG-PLGA polimeromlarını tuza karşı çevirirken, PDI'daki artış, PDI'da artışa yol açan tüm araştırılmış tuz gradyanları ile uzama ile daha tutarlıdır.
Polyester hidrofobiklikten bağımsız olarak şekil değişikliğine neden olmak için 50 milimoler tuz gradyanı kullanırken de benzer sonuçlar gözlenmelidir. Bu arada, 100 ve 200 milimolar sodyum klorür tuz gradyanları, delta PDI'nın artan polyester hidrofobikliği ile arttığı doğrudan eğilimi gösterir. 50 milyon daha düşük sodyum klorür ile dialyzed PEG-PLA polimeromlarının TEM görüntüleri stomatositler ve uzun çubuklarla gösterildi.
Tuz konsantrasyonu 100 milimolar'a yükseldikçe, stomatosit sayısında azalma ile çubuk oluşumunda artış gözlenmiştir. 200 milimoler polimeromlara karşı diyaliz, mütevazı en boy oranlarına sahip prolatları daha tutarlı bir şekilde oluşturmuştur. Bu protokolün en zorlu kısmı polimeromları sürekli hale getirmektir.
Bu yüzden prosedürü uygulamak önemlidir.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu makale, ilaç dağıtımında faydalı olan kendiliğinden birleşen polimerik veziküller olan uzamış polimerozomların oluşturulması için bir protokol sunmaktadır. Ozmotik basıncı indüklemek için tuz kullanılarak, iç vezikül hacimleri azaltılarak çubuk benzeri yapılar elde edilmektedir.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Biyomalzemeler
- İlaç Dağıtım Sistemleri
- Nanoteknoloji
Arka Plan
- Polimerozomlar tipik olarak Gibb's Serbest Enerjisini en aza indirgemek için küreseldir.
- Uzamış polimerozomlar, ilaçların hücresel alımını artırabilir.
- Polimerozomların şeklini değiştirmeye yönelik sınırlı araştırma yapılmıştır.
- Bu çalışma, çeşitli uygulamalar için farklı polimerozom şetlerine duyulan ihtiyacı karşılamayı amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Polimerozomları uzatmak için bir yöntem göstermek.
- Polimerozomların ilaç dağıtım yeteneklerini geliştirmek.
- İlaç dağıtımı ve psödo hücrelerde potansiyel uygulamaları keşfetmek.
Kullanılan Yöntemler
- 0.015 gram seçilen polyesteri bir mililitre DMSO içinde çözün.
- Çözeltiyi 15 dakika boyunca vorteksle karıştırın.
- Çözücü enjeksiyon aparatını hazırlayın.
- Uzamış polimerozomlar oluşturmak için ozmotik basıncı kullanın.
Ana Sonuçlar
- Artırılmış boyut oranları ile uzamış polimerozomlar başarıyla oluşturuldu.
- Hem hidrofobik hem de hidrofilik ilaçların taşınma yeteneği gösterildi.
- Kan-beyin bariyeri boyunca ilaçların taşınması için potansiyel gösterildi.
- Çeşitli polimerozom şekillerinin üretilmesi için basit bir yaklaşım sağlandı.
Sonuçlar
- Teknik, ilaç dağıtım sistemlerini iyileştirmek için umut verici bir yöntem sunmaktadır.
- Uzamış polimerozomlar önemli tıbbi zorlukları çözebilir.
- Polimerozom şekillerinin daha fazla araştırılması yeni uygulamalara yol açabilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Executive Industry Relevance
Polymersome shape directly impacts cellular uptake and drug delivery efficiency, with spherical geometries limiting therapeutic potential in vascular targeting. This salt-based osmotic modulation method enables controlled elongation of PEG-based polymersomes, improving margination in larger blood vessels and enhancing endothelial targeting. The approach supports dual-loading of hydrophobic and hydrophilic payloads while maintaining long-circulating properties, addressing key barriers in nanomedicine development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of shape-dependent biological interactions and membrane trafficking pathways.
- Operational Value: Provides a tunable system for evaluating how aspect ratio influences target engagement and cellular internalization.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by correlating polymer hydrophobicity with shape transformation under defined osmotic conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates monodisperse, shape-defined nanoparticle populations for consistent compound screening.
- Operational Value: Uses DLS and PDI as quantitative, scalable readouts for monitoring shape modulation efficacy across salt gradients.
- Assay Readiness: Produces elongated polymersomes suitable for high-throughput evaluation of drug release kinetics and biodistribution profiles.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant systems where nanoparticle margination in veins enhances endothelial targeting.
- Operational Value: Enables preclinical evaluation of elongated polymersomes in models of vascular delivery and blood-brain barrier penetration.
- Risk Mitigation: Reduces late-stage failure risk by validating shape-function relationships early in discovery.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling shape optimization after initial polymersome formulation, supporting lead identification through functional screening, and informing preclinical advancement via predictive biophysical profiling.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on how nanoparticle geometry affects biodistribution and target cell engagement.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs (DLS intensity, PDI shifts) for comparing polymer-solvent-salt conditions.
- Analytics: Provides PDI as a sensitive, early indicator of shape change, enabling go/no-go decisions before imaging confirmation.
- Translational Research: Supports continuity from discovery to preclinical by linking salt-mediated elongation to improved vascular margination and drug delivery potential.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular, salt-driven platform applicable across polyester-based block copolymers for sustained shape-control capability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in nanoparticle behavior by de-risking shape-dependent biological interactions.
- Operational Value: Uses simple, scalable dialysis-based protocol with minimal instrumentation (stir plate, syringe pump, DLS).
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by linking polymer hydrophobicity to shape outcomes under controlled osmotic stress.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of polymer candidates based on shape tunability and delivery potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer synthesis, solvent handling, and dialysis techniques.
- Needs access to syringe pumps, dialysis membranes, DLS, and imaging tools (TEM/SEM) for validation.
- Demands standardization of salt concentration, dialysis time, and polymer concentration across batches.
- Must account for variability in polyester hydrophobicity when selecting salt gradients (50–200 mM NaCl).
- Limited by challenges in achieving consistent polymersome formation, necessitating protocol optimization and user training.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:45
Spherical Polymersome Formation Using a Solvent Injection Method
2:24
Dialysis to Remove Organic Solvent
3:05
Dialysis Against Salt Gradients and Shape Modulated Polymersome Characterization
3:50
Results: Modulating Shape of Polyester Based Polymersomes using Osmotic Pressure
5:36
Conclusion
