纳米丝绸制造和药物输送应用
October 8th, 2016
纳米颗粒正在成为有希望的药物递送系统用于范围广泛适应症。在这里，我们将介绍使用逆向工程桑蚕丝制作蚕丝纳米颗粒的简单而有效的方法。这些丝的纳米颗粒可以容易地加载有治疗有效载荷，并随后探索用于药物递送应用。
该程序的总体目标是从逆向工程的丝溶液中制造丝纳米颗粒，然后将这些丝纳米颗粒用于药物递送应用。因此，该方法利用纳米沉淀生成丝基颗粒，可用于广泛的应用，例如药物递送。该技术的主要优点是简单性和可重复性，可提供稳定且边分布较窄的均匀丝纳米颗粒。
要开始此过程，请将两升蒸馏水煮沸。然后，小心加入 4.24 克碳酸钠。接下来，用剪刀将 5 克干茧剪成 5 毫米 x 5 毫米的小块。
将茧片加入碳酸钠溶液中，煮沸 60 分钟以去除丝纤维的胶质，偶尔搅拌。煮沸完成后，取出脱胶的真丝。用 1 升蒸馏水洗涤 20 分钟，共 3 次。
然后，挤压洗过的真丝以去除多余的液体，用手解开真丝，并将其放入通风橱中风干过夜。干燥完成后，将 5 克风干的丝纤维紧紧地装入 50 毫升烧杯的底部。然后，制备新鲜的 9.3 摩尔溴化锂溶液。
将蚕丝溶解在溴化锂中，每克蚕丝加入 4 毫升溴化锂。用铝箔盖住烧杯以防止蒸发。让真丝在 60 摄氏度下溶解 4 小时，偶尔搅拌。
溶解完成后，将透析盒浸入水中 5 分钟。然后，将 15 毫升丝-溴化锂溶液转移到透析盒中。使用针头和注射器去除任何气泡。
用一升蒸馏水透析。在 1 小时、3 小时和 6 小时换水。第二天早上和晚上用新水更换烧杯，第三天早上最后一次更换。
透析完成后，从透析盒中收集丝溶液，并在 5 摄氏度下以 9， 500 倍 g 离心 20 分钟。回收上清液并再次重复离心两次。然后，取出、干燥并确定文本方案中概述的丝溶液的总干重和浓度。
接下来，将 5% 重量/体积的丝溶液滴加到丙酮中，保持丙酮体积/体积浓度超过 75。完全填充试管，以确保它们在离心过程中不会塌陷。将沉淀物在 48， 000 倍 g 下在 4 摄氏度下离心 2 小时。
用刮刀去除沉淀，加入 20 毫升蒸馏水。使用移液器吸头从刮刀中取出沉淀物，涡旋 20 秒。然后，使用超声波探针以 30% 振幅对沉淀物进行超声处理 30 秒，共 2 次。
超声处理完成后，用蒸馏水加满离心管。重复离心并再重悬至少两次。然后，储存在 4 摄氏度以备将来使用。
首先按照文本方案中的概述准备阿霉素溶液。然后，将 2 毫升 0.2 微摩尔/毫升的阿霉素溶液与 200 微升蚕丝纳米颗粒以 10、30 或 50 毫克/毫升的浓度混合在 2 毫升试管中。将丝-阿霉素悬浮液在室温下在旋转混合器上孵育过夜。
上药完成后，将悬浮液以 194， 000 倍 g 离心 30 分钟。用蒸馏水洗涤载有阿霉素的蚕丝纳米颗粒，并重复离心两次。接下来，拉出上清液并记下总体积。
将 200 微升上清液移液到黑色微量滴定板中。使用荧光酶标仪，将激发波长设置为 485 纳米，发射波长设置为 590 纳米，并记录荧光值。培养和接种 MDA-MB-231 细胞后，将可自由扩散的阿霉素、蚕丝纳米颗粒和载有阿霉素的蚕丝纳米颗粒添加到相应的 96 孔板中。
然后，在 72 小时添加 MTT 以确定细胞活力和半数最大抑制浓度。孵育 5 小时。孵育完成后，用移液管小心地排空孔。
加入 100 微升二甲基亚砜以溶解甲臜。使用吸光度酶标仪，测量 560 纳米处的吸光度。收集此数据以进行三个独立实验。
在此过程中，真丝纳米颗粒由 Bombyx mori 茧制造。阿霉素用作临床相关的化疗细胞模型药物，用于药物负荷和体外细胞毒性研究。可以在此处看到 2 、 6 和 10 毫克蚕丝纳米颗粒的阿霉素包封效率的代表性结果。
在体外用人乳腺癌 MDA-MB-231 细胞评估载药丝纳米颗粒递送阿霉素并随后杀死癌细胞的能力。在等效药物剂量为 0.1 μg 时，可自由扩散的阿霉素和载有阿霉素的丝颗粒导致细胞活力显着降低。由于细胞摄取的差异，可自由扩散的阿霉素显示出比负载的丝纳米颗粒更大的细胞毒性。
定量测量结果由定性扫描电子显微镜成像证实。对照培养物显示较高的细胞密度和占主导地位的间充质表型。在暴露于丝纳米颗粒的培养物中也观察到类似的结果。
暴露于阿霉素的培养物显示出明显不同的表型，具有广泛而分散的形态。暴露于可自由扩散的阿霉素或负载阿霉素的丝纳米颗粒会导致细胞数量显着减少。所以一师傅提供工程丝绸解决方案，可以在三天内交付。
并且可以在一天内制造出丝纳米颗粒。在尝试此程序时，重要的是要记住使用耐丙酮离心机来确保纳米沉淀和样品检查。此外，确保离心管完全装满，以免它们在离心过程中塌陷。
看完这个视频后，你应该对如何制造逆向工程的丝溶液有很好的了解，并使用它来生成具有窄边分布的均匀丝纳米颗粒。
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概述
本文介绍了一种从逆向工程水性丝蛋白溶液制造丝蛋白纳米颗粒的方法。这些纳米颗粒专为药物输送应用设计，展示了一种简单且可重复的技术。
关键研究组成部分
科学领域
- 纳米技术
- 药物输送系统
- 生物材料
背景
- 丝蛋白纳米颗粒因其在药物输送中的潜力而备受关注。
- 家蚕丝是一种天然聚合物，可以为各种应用进行工程改造。
- 现有的纳米颗粒生产方法可能复杂且难以重复。
- 本研究旨在简化制造过程，同时确保均匀性和稳定性。
研究目的
- 开发一种简单的方法来创建丝蛋白纳米颗粒。
- 探索这些纳米颗粒在药物输送应用中的潜力。
- 提高丝基纳米颗粒的可重复性和稳定性。
所用方法
- 利用纳米沉淀法生成基于丝蛋白的颗粒。
- 从干燥茧中制备水性丝蛋白溶液。
- 加入碳酸钠以促进该过程。
- 对所得纳米颗粒进行稳定性和尺寸分布的表征。
主要结果
- 该方法成功生产了均匀的丝蛋白纳米颗粒。
- 纳米颗粒展示了稳定性和窄的尺寸分布。
- 识别了在药物输送中的潜在应用。
- 该方法的简单性允许在研究环境中轻松复制。
结论
- 本研究提供了一种可靠的丝蛋白纳米颗粒生产方法。
- 丝蛋白纳米颗粒对各种治疗应用具有前景。
- 该技术可以适用于药物输送系统的进一步研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
Silk nanoparticles offer a reproducible and scalable platform for drug delivery, leveraging biocompatibility and tunable release profiles to address formulation challenges in early discovery and preclinical development. Their uniformity and stability enable robust evaluation of therapeutic payloads, supporting predictive confidence in translational research. This methodology positions silk nanoparticles as a versatile tool for portfolio triage and risk-adjusted advancement in biopharma pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of drug delivery hypotheses using a biocompatible nanocarrier system.
- Supports functional validation of payload encapsulation and release in disease-relevant cell models.
- Facilitates mechanistic de-risking by providing quantitative cytotoxicity and uptake data.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, uniform nanoparticles for reproducible compound loading and release studies.
- Enables quantitative assessment of drug encapsulation efficiency and release kinetics.
- Supports assay scalability and platform reuse for diverse therapeutic candidates.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with disease-relevant in vitro models for evaluating nanoparticle-mediated drug delivery.
- Provides continuity from discovery through preclinical cytotoxicity and efficacy assessment.
- Reduces translational risk by enabling direct comparison of free versus nanoparticle-loaded drug effects.
Pipeline & Workflow Integration
This nanoparticle manufacturing and drug loading workflow bridges early discovery, screening, and preclinical evaluation, supporting iterative optimization and decision-making.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing for nanocarrier-mediated drug delivery and cellular uptake.
- Screening: Provides reproducible, quantitative outputs for encapsulation efficiency and cytotoxicity assays.
- Analytics: Enables measurement of nanoparticle size, zeta potential, and drug release profiles for comparative analysis.
- Translational Research: Supports alignment with disease-relevant cell models for preclinical validation.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular platform adaptable to various therapeutic payloads and disease models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in drug delivery performance and target engagement.
- Operational Value: Streamlines nanoparticle production with high reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by providing robust comparative data on delivery modalities.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of nanomedicine candidates for advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in nanoparticle formulation and analytical characterization.
- Demands access to centrifugation, sonication, and fluorescence/absorbance plate readers.
- Necessitates cross-team standardization of nanoparticle preparation and assay protocols.
- Adaptable to different therapeutic payloads and cell models with protocol optimization.
- Practical limitations include the need for acetone-resistant equipment and careful sample handling.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:44
Preparation of Silk Nanoparticles from Bombyx mori Cocoons
4:12
Preparation of Doxorubicin-loaded Silk Nanoparticles
5:28
In Vitro Cytotoxicity of Control and Doxorubicin-loaded Silk Nanoparticles
6:26
Results: Characterization and In Vitro Cytotoxicity of Silk Nanoparticles and Doxorubicin-loaded Silk Nanoparticles
8:06
Conclusion
