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方法文章

阳离子肽载体在软骨内转运特性的表征

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DOI:

10.3791/61340

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2020年8月10日

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本文内容

摘要

本方案用于测定阳离子肽类载体在软骨中的平衡摄取量、渗透深度以及非平衡扩散速率。表征其转运特性对于确保产生有效的生物学响应至关重要。这些方法可用于设计具有最优电荷的药物载体,以靶向带负电荷的组织。

摘要

体内多种带负电荷的组织(如软骨)由于富含带负电荷的聚集蛋白聚糖,对靶向药物递送形成屏障,因此需要改进的靶向方法以提高其治疗效果。由于软骨具有较高的固定负电荷密度,可通过将药物与带正电荷的药物载体结合,利用静电相互作用增强药物在软骨内的传输。因此,研究药物载体的传输行为对于预测药物诱导生物学反应的效能至关重要。本文展示了三种实验的设计方法,可用于定量测定阳离子肽类载体在软骨组织片中的平衡摄取量、渗透深度以及非平衡扩散速率。平衡摄取实验可测量软骨内部溶质浓度相对于周围溶液的比值,有助于预测药物载体在软骨中提高治疗浓度的潜力。利用共聚焦显微镜进行渗透深度研究,可实现溶质从软骨表层向深层区域一维扩散的可视化表征,这对于评估溶质是否到达其基质及细胞靶点具有重要意义。使用定制设计的传输室进行非平衡扩散速率研究,可通过表征荧光标记溶质在组织中扩散速率的方式,测量其与组织基质结合相互作用的强度,这对设计与软骨具有最佳结合强度的载体具有重要价值。综合这三种传输实验所得结果,可为设计具有最优电荷特性的药物载体提供指导,以利用弱且可逆的电荷相互作用实现药物递送应用。这些实验方法还可用于评估药物及药物-药物载体偶联物的传输特性。此外,这些方法也可拓展应用于其他带负电荷组织(如半月板、角膜和玻璃体)的靶向研究。

引言

将药物递送至体内带负电荷的组织仍然是一项挑战,原因是药物难以深入渗透到组织内部,从而无法到达细胞和基质中的靶向作用位点1。许多此类组织含有密集排列的带负电荷的聚集蛋白聚糖(aggrecans),在组织内形成高密度的负固定电荷(fixed charge density, FCD)2,从而成为大多数大分子药物递送的屏障3,4。然而,在带正电荷的药物载体辅助下,这种带负电荷的组织屏障反而可通过静电相互作用转变为药物储库,实现持续性的药物递送1,5,6,7(图 1)。

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方案

已获得大学批准,允许使用死亡组织进行实验。牛关节从屠宰场商业采购。

1. 软骨组织块提取

  1. 使用解剖刀(#10 刀片)切开并去除脂肪、肌肉、韧带、肌腱及其他所有结缔组织,暴露牛膝关节股骨髌骨沟处的软骨。
  2. 使用 3 mm 和 6 mm 的皮肤打孔器,垂直穿入软骨以获取圆柱形软骨组织块。立即将组织块分别放入含有 500 μL 添加了 1% v/v 抗生素-抗真菌剂的 1× 磷酸盐缓冲液(PBS)的 48 孔板各孔中。
  3. 将软骨组织块的表层面向下放入切片装置的孔中(图 2)。使用剃刀刀片沿切片装置表面切割组织块,获得包含表层区域的 1 mm 厚软骨组织片。对每个软骨组织块重复此操作。
  4. 将软骨组织片分别储存于含有 500 μL 添加蛋白酶抑制剂的 1× PBS(PBS-PI,每 50 mL 1× PBS 中加入 1 片蛋白酶抑制剂小片)的聚丙烯管中,并于 -20 °C 保存。
  5. 在进行以下每一项运输实验前,将含有组织片的管子置于 37 °C 水浴中解冻 30 分钟。

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结果

在软骨达到平衡吸收CPCs后,当溶质被组织摄取时,浴液的荧光强度会下降。然而,如果终末浴液的荧光值与初始值相近,则表明溶质几乎没有被摄取。另一个确认溶质摄取的依据是,组织是否明显变为荧光染料的颜色。软骨中溶质的定量摄取通过摄取率(RU)来确定,首先利用标准曲线将荧光值转换为浓度。根据初始浴液浓度(CBath,i)和平衡时浴液浓度(CBath),可按以下公式计算软骨内的溶质浓度(CCartilage),其中VBath=300 μL:

软骨浓度的静态平衡方程;公式涉及溶液浓度和体积。

使用 CCartilage 和.......

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讨论

本文所述方法与实验方案对靶向递送药物至带负电荷组织领域具有重要意义。由于这些组织内含有高密度的带负电荷聚集蛋白聚糖(aggrecans),形成了一道屏障,阻碍药物到达深藏于基质中的细胞靶点。为应对这一突出挑战,可通过改造药物,使其结合带正电荷的药物载体,从而增强药物在组织内的转运速率、摄取效率及结合能力1,3,4,14,15,16,17,18,19。如本研究中所展示的方法所示,可对带正电荷药物载体的转运行为进行表征,以确定其平衡摄取量、穿透.......

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作由美国国防部通过国会指定的医学研究项目(CDMRP)资助,合同号为 W81XWH-17-1-0085,以及美国国立卫生研究院资助项目 R03 EB025903-1。AV 获得东北大学工程学院院长奖学金的资助。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
316不锈钢SAE垫圈McMaster-Carr91950A044适用于5号螺丝,内径0.14",外径0.312"
96孔聚苯乙烯板Fisherbrand12566620黑色
厚规格丙烯酸板材Reynolds PolymerN/A用于非平衡扩散和一维扩散传输室
抗生素-抗真菌剂Gibco15240062100倍浓度
牛软骨Research 87N/A2-3周龄,股骨髌骨沟来源
牛血清白蛋白Fisher BioReagentsBP671-1
CPC+14LifeTeinLT1524定制设计肽段
CPC+20LifeTeinLT1525定制设计肽段
CPC+8LifeTeinLT1523定制设计肽段
精密任务擦拭纸Kimberly-Clark Professional34155
皮肤打孔器MedBladesMB5-13、4和6 mm
经济型普通玻璃显微镜载玻片Fisherbrand12550A3
平底细胞培养板Corning Costar3595透明,96孔
柔性包裹膜Bemis Parafilm M Laboratory1337412
Gold Seal盖玻片Electron Microscopy Sciences6378701#1.5,18x18 mm
锤击式打孔器McMaster-Carr3427A151/2"直径
锤击式打孔器McMaster-Carr3427A193/4"直径
激光器Chroma TechnologyAT480/30m分光光度计激光光源
低强度钢六角螺母McMaster-Carr90480A0076-32螺纹规格
LSM 700共聚焦显微镜ZeissLSM 700
微型磁力搅拌子Bel-Art SpinbarF37119-00077x2 mm
多用途氯丁橡胶片材McMaster-Carr1370N121/32"厚度
脱脂干牛乳粉Sigma AldrichM7409
培养皿Chemglass Life SciencesCGN1802145150 mm直径
磷酸盐缓冲液Corning21-040-CMR1倍浓度
板式振荡器VWR89032-088
蛋白酶抑制剂Thermo ScientificA32953
剃须刀片Fisherbrand12640
薄规格R-Cast丙烯酸板材Reynolds PolymerN/A黑色传输室插件
RTV硅胶Loctite234323环氧型,无腐蚀性,透明
手术刀TedPella549-3#10、#11刀片
信号接收器Chroma TechnologyET515lp分光光度计激光信号接收器
带盖微量离心管Eppendorf223632041.5 mL
刮勺TedPella13508
Synergy H1微孔板读数仪BiotekH1M
镀锌合金钢内六角螺钉McMaster-Carr90128A1536-32螺纹规格,1"长

参考文献

  1. Bajpayee, A. G., Grodzinsky, A. J. Cartilage-targeting drug delivery: can electrostatic interactions help. Nature Reviews Rheumatology. 13 (3), 183-193 (2017).
  2. Maroudas, A. Transport of solutes through cartilage: permeability to large molecules. <....

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重印与许可

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