نانومولسيون تريبيبتيدي استقرت حمض الأولييك
Summary
ويصف هذا البروتوكول طريقة فعالة لتجميع نانومولسيون من المتقارن الاوليك acids-platinum(II) استقرت مع تريبيبتيدي يسين-تيروزين-فينيلالاناين (الكيف). أشكال نانومولسيون في ظروف معتدلة الاصطناعية عن طريق التجميع الذاتي الكيف والمتقارن.
Abstract
يصف لنا طريقة لإنتاج نانومولسيون تتألف من أساسية acids-Pt(II) الاوليك وطلاء (كيف) يسين-تيروزين-فينيلالاناين (الكيف-Pt-شمال شرق). الكيف-Pt-ني تغليف Pt(II) على 10% بالوزن، والتي يبلغ قطرها 107 ± 27 نانومتر وتهمة سطحية سلبية. الكيف-Pt-ني مستقرة في الماء وفي مصل الدم، وهو النشطة بيولوجيا. تصريف فلوروفوري على الكيف يسمح توليف نانومولسيون الفلورسنت مناسب لتصوير البيولوجية. يتم توليف نانومولسيون في بيئة مائية، والكيف-Pt-ني أشكال عن طريق التجميع الذاتي من ببتيد كيف قصيرة والمتقارن acids-platinum(II) الاوليك. عملية التجميع الذاتي يعتمد على درجة حرارة الحل، ونسبة المولى ركائز، ومعدل التدفق لإضافة الركازة. وتشمل الخطوات الحاسمة الحفاظ على معدل التحريك الأمثل من خلال التوليف والسماح بوقت كاف للتجميع الذاتي، وقبل التركيز نانومولسيون تدريجيا في مركز الطرد مركزي.
Introduction
في السنوات الأخيرة، كان هناك اهتمام متزايد في الهندسة لجسيمات نانوية للتطبيقات الطبية الحيوية مثل إيصال الأدوية وبيويماجينج1،2،،من34. وكثيراً ما يتطلب التعدد الوظيفي للأنظمة المستندة إلى نانوحبيبات إدماج مكونات متعددة ضمن صياغة واحدة. اللبنات الأساسية التي تعتمد على الدهون أو البوليمرات غالباً ما تختلف من حيث خصائصها الفيزيائية، فضلا عن توافق مع الحياة وتحلل الأحيائي، التي قد تؤثر في نهاية المطاف وظيفة نانوستروكتوري1، 5،6. وقد اعترف منذ وقت طويل المواد المشتقة بيولوجيا، مثل البروتينات والببتيدات، كعناصر واعدة للنانو متعددة الوظائف بسبب هم تسلسل المرونة7،8. الببتيدات تجميع ذاتي في مرتبة عالية من أبنية supramolecular تشكيل حلزوني شرائط السقالات الليفي11،12،9،10واكبر بكثير، مما يمهد السبيل لبناء النانو الهجين على أساس بيوموليكولي من أسفل إلى أعلى باستخدام نهج13.
تم استكشاف الببتيدات للتطبيقات في مجال الطب والتكنولوجيا الحيوية، خاصة بالنسبة لعلاج السرطان14 و أمراض القلب والأوعية الدموية15 ، وكذلك فيما يتعلق بتطوير المضادات الحيوية16،17، الأيضية اضطرابات18، و19من الإصابات. وهناك أكثر من 100 من المداواة الببتيد الصغيرة تمر بالتجارب السريرية20. الببتيدات من السهل تعديل وسريعة لتجميع تكلفة منخفضة. وباﻹضافة إلى ذلك، فالقابلة للتحلل، مما يسهل إلى حد كبير على التطبيقات البيولوجية والمستحضرات الصيدلانية21،22. يتضمن استخدام الببتيدات كالمكونات الهيكلية الهندسية جسيمات نانوية قادرة على الاستجابة وعلى أساس الببتيد والمستودعات المائية للإفراج التي تسيطر عليها24،23،،من2526 , 27، وأجهزة استشعار العوامل البيولوجية على أساس الببتيد،من2829،،من3031، أو الأجهزة الإلكترونية الحيوية32،،من3334. الأهم من ذلك، تم العثور على الببتيدات قصيرة حتى مع اثنين أو ثلاثة من مخلفات الأحماض الأمينية التي تحتوي فينيلألانين دليل التجميع الذاتي العمليات35،،من3637 وخلق استقرار المستحلبات38 .
المخدرات على أساس البلاتين، نظراً لفعاليتها العالية، تستخدم في كثير من نظم المعالجة السرطان، وحدها سواء في تركيبة مع سائر وكلاء39،40. حمل مركبات البلاتين تلف الحمض النووي عن طريق تشكيل متقاطعة مونوادوكتس وإينتراستراند أو إينتيرستراند. الآفات Pt-الحمض النووي يتم الاعتراف بها أجهزة الهاتف الخلوي، وإذا لم يتم إصلاح، تؤدي إلى المبرمج الخلوي. هو الآلية الأكثر أهمية، الذي يساهم Pt(II) موت الخلايا السرطان، تثبيط الحمض النووي النسخ41،42. ومع ذلك، هي تقلص فوائد العلاج البلاتين بالسمية الشاملة من Pt(II) الذي يقوم بتشغيل تأثيرات جانبية شديدة. وهذا يؤدي إلى انخفاض الجرعات السريرية Pt(II)43، التي غالباً ما تسفر عن التركيزات العلاجية الفرعية من البلاتين التوصل إلى الحمض النووي. نتيجة لذلك، يسهم إصلاح الحمض النووي الذي يلي سرطان الخلية البقاء على قيد الحياة والحصول على المقاومة Pt(II). العلاج الكيماوي-مقاومة البلاتين مشكلة رئيسية في علاج السرطان والسبب الرئيسي لفشل العلاج44،45.
وقد وضعنا نانوسيستيم مستقرة تقوم بتغليف الوكيل Pt(II) بغية توفير تأثير التدريع في الدوران الجهازي ويقلل من الآثار الجانبية التي يسببها Pt الثاني. النظام يستند إلى acids-Pt(II) الاوليك أساسية استقرت مع تريبيبتيدي كيف لتشكيل نانومولسيون (الكيف-Pt-شمال شرق)46. اللبنات الأساسية للكيف-Pt-ني، الأحماض الأمينية تريبيبتيدي، فضلا عن حمض الأولييك، بمركز عموما المعترف بها كآمنة (غرا) مع الغذاء والدواء (FDA). الكيف-Pt-ني مستعدة باستخدام أسلوب نانوبريسيبيتيشن47. باختصار، هو المتقارن الاوليك acids-Pt(II) المذاب في مذيب عضوي وثم إضافة دروبويسي إلى حل كيف مائي (الشكل 1) عند 37 درجة مئوية. الحل هو آثار لعدة ساعات للسماح للتجميع الذاتي للكيف-Pt-كرسبوندنس نانومولسيون تتركز في 10 مركزات الطرد المركزي كاتشين وغسلها ثلاث مرات بالماء. تعديل الكيف مع فلوروفوري الكيميائية يسمح توليف الفلورسنت فيتك-الكيف-Pt-ني مناسبة للتصوير الطبي الحيوي.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتشمل الخطوات الحاسمة في التوليف نانومولسيون ضبط نسبة المولى ركائز والحفاظ على مراقبة معدل درجة الحرارة والتدفق أثناء إضافة acids–Pt(II) الاوليك، وتوفير الوقت الكافي للتجميع الذاتي وتنقية المنتج باستخدام عمود مركزات الطرد المركزي. هذه المعلمات تؤثر على حجم ومورفولوجية الكيف-Pt-ني؛ وبالتالي?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نعترف مع الامتنان بالدعم المالي المقدم من المعهد الوطني للسرطان، منح SC2CA206194. يتم تعريف لا تضارب المصالح المالية.
Materials
| 2-(1H-benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium tetrafluoroborate (TBTU) |
ANASPEC INC.: | AS-20376 | SPPS |
| 4-well chamber confocal dish | Lab-Tek II, Thermo Fisher Scientific | 154526 | For imaging |
| 6-bromohexanoic acid | Chem-Impex INT’L INC. | 24477 | Click modification for peptide |
| A2780 | Generously doanted by professor John Martignetti from The Mount Sinai Hospital | Ovarian cancer cell line | |
| Barnstead Nanopure | Thermo Fisher | D11901 | water filtration system |
| BUCHI rotavapor R-3 | Buchi | Z568090 | For solvent removal and sample drying |
| Centrifuge 5810 R | eppendorf | 5811F | For platinum complex separation |
| Cis-dichlorodiamineplatinum (II) 99% | Acros Organics | 19376-0050 | in vitro tests |
| CP70 | Generously doanted by professor John Martignetti from The Mount Sinai Hospital | Ovarian cancer cell line | |
| Digital water bath | VWR | 97025-134 | For warming up media for cell culture |
| Dynamic Light Scattering (DLS) | Brookhaven Instrument Corporation | For nanoparticle size measurments | |
| ES-2 | ATCC | CRL-1978 | ovarian cancer cell line |
| Fmoc-L-Lys(Boc)-OH 99.79% | Chem-Impex INT’L INC. | 00493 | SPPS |
| Fmoc-L-Phe 4-alkoxybenzyl alcohol resin (0.382 meq/g), | Chem-Impex INT’L INC. | 01914 | SPPS |
| Fmoc-LTyr(tBu)-OH 98% | Alfa Aesar | H59730 | SPPS |
| HERACELL 150i CO2 incubator | Thermo Scientific Fisher | incubator | |
| High pressure syringe pump | New Era | 1010-US | For platinum complex addition in nanoparticle synthesis |
| Hotplate/stirrer | VWR | 12365-382 | For sample stirring and heating |
| LAMP-1 Antibody(cojugated with Alexa Fluor 647) | Santa Cruz Biotechnology | sc-18821 AF647 | For imaging |
| N,N-diisopropylethylamine (DIPEA) | Oakwood Chemical | 005027 | SPPS |
| Ninhydrin 99% | Alfa Aesar | A10409 | Kaiser test |
| Oleic acid | Chem-Impex INT’L INC. | 01421 | For platinum complex synthesis |
| OV90 | ATCC | CRL-11732 | Ovarian cancer cell line |
| PBS | Corning | 21-031-CV | For cell wash |
| Permount mounting medium | Fisher Chemical | SP15-100 | For imaging |
| Phenol | Fisher Chemical | A92500 | Kaiser test |
| Phosphotungstic acid | Fisher Chemical | A248-25 | negative stain for TEM |
| Piperidine 99% | BTC | 219260-2.5L | SPPS |
| Platinum AAS standard soultion | Alfa Aesar | 88086 | 1000ug/ml for calibration curve |
| Propargyl bromide 97% | Alfa Aesar | L10595 | For alkyne modification of fluoresceine |
| Scientific biological cabinet | Thermo Scientific Fisher | 1385 | Bio-hood for cell culture |
| Self-Cleaning Vacuum System | Welch | 2028 | Vacuum pump for rotavapor |
| Silver nitrate | Acros Organics | 19768-0250 | Cisplatin activation |
| SKOV3 | ATCC | HTB-77 | Ovarian cancer cell line |
| Sodium hydroxide | Fisher Scientific | S313-1 | For platinum complex synthesis |
| Tin (II) chloride | Sigma Aldrich | 208256 | Test for Platinum presence |
| TOV21G | ATCC | CRL-11730 | Ovarian cancer cell line |
| Trifluoroacetic acid 99% (TFA) | Alfa Aesar | L06374 | SPPS |
| Triisopropylsilane (TIPS) | Chem-Impex INT’L INC. | 01966 | SPPS |
| Triton-X | Sigma Aldrich | T8787-100ML | For imaging |
| Uranine powder 40% | Fisher Scientific | S25328A | For alkyne modification of fluoresceine |
| Vivaspin 20 (10000 MWCO) | Sartorious | VS2001 | For Nanoparticle wash and condensation |
| VWR Inverted Microscope | VWR | 89404-462 | For cell culture monitoring |
Referenzen
- Agrahari, V., Agrahari, V., Mitra, A. K. Nanocarrier fabrication and macromolecule drug delivery: challenges and opportunities. Therapeutic Delivery. 7 (4), 257-278 (2016).
- Anselmo, A. C., Mitragotri, S. Nanoparticles in the clinic. Bioengineering & Translational Medicine. 1 (1), 10-29 (2016).
- Peer, D., Karp, J. M., Hong, S., Farokhzad, O. C., Margalit, R., Langer, R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nature Nanotechnology. 2 (12), 751-760 (2007).
- Roy Chowdhury, M., Schumann, C., Bhakta-Guha, D., Guha, G. Cancer nanotheranostics: Strategies, promises and impediments. Biomedicine & Pharmacotherapy. 84, 291-304 (2016).
- Jeevanandam, J., Chan, Y. S., Danquah, M. K. Nano-formulations of drugs: Recent developments, impact and challenges. Biochimie. , 99-112 (2016).
- Meerum Terwogt, J. M., Groenewegen, G., Pluim, D., Maliepaard, M., Tibben, M. M., Huisman, A., ten Bokkel Huinink, W. W., Schot, M., Welbank, H., Voest, E. E., Beijnen, J. H., Schellens, J. M. Phase I and pharmacokinetic study of SPI-77, a liposomal encapsulated dosage form of cisplatin. Cancer Chemotherapy and Pharmacology. 49 (3), 201-210 (2002).
- Fan, Z., Sun, L., Huang, Y., Wang, Y., Zhang, M. Bioinspired fluorescent dipeptide nanoparticles for targeted cancer cell imaging and real-time monitoring of drug release. Nature Nanotechnology. 11 (4), 388-394 (2016).
- Jeong, Y., et al. Enzymatically degradable temperature-sensitive polypeptide as a new in-situ gelling biomaterial. Journal of Controlled Release. 137 (1), 25-30 (2009).
- Uesaka, A., et al. Morphology control between twisted ribbon, helical ribbon, and nanotube self-assemblies with his-containing helical peptides in response to pH change. Langmuir. 30 (4), 1022-1028 (2014).
- Hwang, W., Marini, D. M., Kamm, R. D., Zhang, S. Supramolecular structure of helical ribbons self-assembled from a B-sheet peptide. Journal of Chemical Physics. 118 (1), 389-397 (2003).
- Svobodova, J., et al. Poly(amino acid)-based fibrous scaffolds modified with surface-pendant peptides for cartilage tissue engineering. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 11 (3), 831-842 (2017).
- Kumar, V. A., et al. Highly angiogenic peptide nanofibers. ACS Nano. 9 (1), 860-868 (2015).
- Romera, D., Couleaud, P., Mejias, S. H., Aires, A., Cortajarena, A. L. Biomolecular templating of functional hybrid nanostructures using repeat protein scaffolds. Biochemical Society Transactions. 43 (5), 825-831 (2015).
- Medina, S. H., Schneider, J. P. Cancer cell surface induced peptide folding allows intracellular translocation of drug. Journal of Controlled Release. 209, 317-326 (2015).
- Recio, C., Maione, F., Iqbal, A. J., Mascolo, N., De Feo, V. The Potential Therapeutic Application of Peptides and Peptidomimetics in Cardiovascular Disease. Frontiers in Pharmacology. 7, 526 (2016).
- McCarthy, K. A., et al. Phage Display of Dynamic Covalent Binding Motifs Enables Facile Development of Targeted Antibiotics. Journal of the American Chemical Society. 140 (19), 6137-6145 (2018).
- Lazar, V., et al. Antibiotic-resistant bacteria show widespread collateral sensitivity to antimicrobial peptides. Nature Microbiology. 3 (6), 718-731 (2018).
- Czeczor, J. K., McGee, S. L. Emerging roles for the amyloid precursor protein and derived peptides in the regulation of cellular and systemic metabolism. Journal of Neuroendocrinology. 29 (5), (2017).
- Branco, M. C., Sigano, D. M., Schneider, J. P. Materials from peptide assembly: towards the treatment of cancer and transmittable disease. Current Opinion in Chemical Biology. 15 (3), 427-434 (2011).
- Cheetham, A. G., et al. Targeting Tumors with Small Molecule Peptides. Current Cancer Drug Targets. 16 (6), 489-508 (2016).
- Ndinguri, M. W., Solipuram, R., Gambrell, R. P., Aggarwal, S., Hammer, R. P. Peptide targeting of platinum anti-cancer drugs. Bioconjugate Chemistry. 20 (10), 1869-1878 (2009).
- Eskandari, S., Guerin, T., Toth, I., Stephenson, R. J. Recent advances in self-assembled peptides: Implications for targeted drug delivery and vaccine engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 110, 169-187 (2017).
- Zhou, J., Du, X., Yamagata, N., Xu, B. Enzyme-Instructed Self-Assembly of Small D-Peptides as a Multiple-Step Process for Selectively Killing Cancer Cells. Journal of the American Chemical Society. 138 (11), 3813-3823 (2016).
- Sun, J. E., et al. Sustained release of active chemotherapeutics from injectable-solid beta-hairpin peptide hydrogel. Biomaterials Science. 4 (5), 839-848 (2016).
- Lock, L. L., Reyes, C. D., Zhang, P., Cui, H. Tuning Cellular Uptake of Molecular Probes by Rational Design of Their Assembly into Supramolecular Nanoprobes. Journal of the American Chemical Society. 138 (10), 3533-3540 (2016).
- Kalafatovic, D., Nobis, M., Son, J., Anderson, K. I., Ulijn, R. V. MMP-9 triggered self-assembly of doxorubicin nanofiber depots halts tumor growth. Biomaterials. 98, 192-202 (2016).
- Frederix, P. W., et al. Exploring the sequence space for (tri-)peptide self-assembly to design and discover new hydrogels. Nature Chemistry. 7 (1), 30-37 (2015).
- Horsley, J. R., et al. Photoswitchable peptide-based ‘on-off’ biosensor for electrochemical detection and control of protein-protein interactions. Biosensors and Bioelectronics. 118, 188-194 (2018).
- Hoyos-Nogues, M., Gil, F. J., Mas-Moruno, C. Antimicrobial Peptides: Powerful Biorecognition Elements to Detect Bacteria in Biosensing Technologies. Molecules. 23 (7), 1683 (2018).
- Xiao, X., et al. Advancing Peptide-Based Biorecognition Elements for Biosensors Using in-Silico Evolution. ACS Sensors. 3 (5), 1024-1031 (2018).
- Puiu, M., Bala, C. Peptide-based biosensors: From self-assembled interfaces to molecular probes in electrochemical assays. Bioelectrochemistry. 120, 66-75 (2018).
- Wang, J., et al. Developing a capillary electrophoresis based method for dynamically monitoring enzyme cleavage activity using quantum dots-peptide assembly. Electrophoresis. 38 (19), 2530-2535 (2017).
- Etayash, H., Thundat, T., Kaur, K. Bacterial Detection Using Peptide-Based Platform and Impedance Spectroscopy. Methods in Molecular Biology. 1572, 113-124 (2017).
- Handelman, A., Apter, B., Shostak, T., Rosenman, G. Peptide Optical waveguides. Journal of Peptide Science. 23 (2), 95-103 (2017).
- Chen, C., Liu, K., Li, J., Yan, X. Functional architectures based on self-assembly of bio-inspired dipeptides: Structure modulation and its photoelectronic applications. Advances in Colloid and Interface Science. 225, 177-193 (2015).
- Reddy, S. M., Shanmugam, G. Role of Intramolecular Aromatic pi-pi Interactions in the Self-Assembly of Di-l-Phenylalanine Dipeptide Driven by Intermolecular Interactions: Effect of Alanine Substitution. Chemphyschem. 17 (18), 2897-2907 (2016).
- Marchesan, S., et al. Unzipping the role of chirality in nanoscale self-assembly of tripeptide hydrogels. Nanoscale. 4 (21), 6752-6760 (2012).
- Scott, G. G., McKnight, P. J., Tuttle, T., Ulijn, R. V. Tripeptide Emulsifiers. Advanced Materials. 28 (7), 1381-1386 (2016).
- Galanski, M., Jakupec, M. A., Keppler, B. K. Update of the preclinical situation of anticancer platinum complexes: novel design strategies and innovative analytical approaches. Current Medicinal Chemistry. 12 (18), 2075-2094 (2005).
- Wheate, N. J., Walker, S., Craig, G. E., Oun, R. The status of platinum anticancer drugs in the clinic and in clinical trials. Dalton Transactions. 39 (35), 8113-8127 (2010).
- Oberoi, H. S., Nukolova, N. V., Kabanov, A. V., Bronich, T. K. Nanocarriers for delivery of platinum anticancer drugs. Advanced Drug Delivery Reviews. 65 (13-14), 1667-1685 (2013).
- Fichtinger-Schepman, A. M., van Oosterom, A. T., Lohman, P. H., Berends, F. cis-Diamminedichloroplatinum(II)-induced DNA adducts in peripheral leukocytes from seven cancer patients: quantitative immunochemical detection of the adduct induction and removal after a single dose of cis-diamminedichloroplatinum(II). Krebsforschung. 47 (11), 3000-3004 (1987).
- Englander, E. W. DNA damage response in peripheral nervous system: coping with cancer therapy-induced DNA lesions. DNA Repair. 12 (8), 685-690 (2013).
- Galluzzi, L., et al. Molecular mechanisms of cisplatin resistance. Oncogene. 31 (15), 1869-1883 (2012).
- Boeckman, H. J., Trego, K. S., Turchi, J. J. Cisplatin sensitizes cancer cells to ionizing radiation via inhibition of nonhomologous end joining. Molecular Cancer Research. 3 (5), 277-285 (2005).
- Dragulska, S. A., et al. Tripeptide-Stabilized Oil-in-Water Nanoemulsion of an Oleic Acids-Platinum(II) Conjugate as an Anticancer Nanomedicine. Bioconjugate Chemistry. 29 (8), 2514-2519 (2018).
- Martinez Rivas, ., J, C., et al. Nanoprecipitation process: From encapsulation to drug delivery. International Journal of Pharmaceutics. 532 (1), 66-81 (2017).
- Agilent Technologies. . Analytical Methods for Graphite Tube Atomizers, User’s Guide Manual, 8th edition. , (2012).
- Park, S. Y., et al. A smart polysaccharide/drug conjugate for photodynamic therapy. Angewandte Chemie. 50 (7), 1644-1647 (2011).
- Canton, I., Battaglia, G. Endocytosis at the nanoscale. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2718-2739 (2012).
- Lokich, J., Anderson, N. Carboplatin versus cisplatin in solid tumors: an analysis of the literature. Annals of Oncology. 9 (1), 13-21 (1998).
