Charakterisierung der Intra-Knorpel-Transporteigenschaften von Kationischen Peptidträgern

Armin Vedadghavami; Shikhar Mehta; Ambika G. Bajpayee

doi:10.3791/61340

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Methodenartikel

Charakterisierung der Intra-Knorpel-Transporteigenschaften von Kationischen Peptidträgern

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DOI:

10.3791/61340

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10. August 2020

Armin Vedadghavami¹ , Shikhar Mehta¹ , Ambika G. Bajpayee¹^,²

¹Department of Bioengineering, Northeastern University, ²Department of Mechanical & Industrial Engineering, Northeastern University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll bestimmt die Gleichgewichtsaufnahme, die Penetrationstiefe und die Nicht-Gleichgewichtsdiffusionsrate für kationische Peptidträger im Knorpel. Die Charakterisierung der Transporteigenschaften ist entscheidend für die Gewährleistung einer effektiven biologischen Reaktion. Diese Methoden können für die Entwicklung eines optimal geladenen Arzneimittelträgers zur Ausrichtung negativ geladener Gewebe angewendet werden.

Zusammenfassung

Mehrere negativ geladene Gewebe im Körper, wie Knorpel, stellen eine Barriere für die gezielte Medikamentenabgabe aufgrund ihrer hohen Dichte von negativ geladenen Aggrecans dar und erfordern daher verbesserte Targeting-Methoden, um ihre therapeutische Reaktion zu erhöhen. Da Knorpel eine hohe negative feste Ladungsdichte aufweist, können Medikamente mit positiv geladenen Arzneimittelträgern modifiziert werden, um elektrostatische Wechselwirkungen zu nutzen, was einen verbesserten Intra-Knorpel-Drogentransport ermöglicht. Die Untersuchung des Transports von Drogenträgern ist daher von entscheidender Bedeutung für die Vorhersage der Wirksamkeit von Arzneimitteln bei der Induktion einer biologischen Reaktion. Wir zeigen das Design von drei Experimenten, die die Gleichgewichtsaufnahme, die Penetrationstiefe und die Nicht-Gleichgewichtsdiffusionsrate von kationischen Peptidträgern in Knorpelexaten quantifizieren können. Gleichgewichtsaufnahmeexperimente liefern ein Maß für die gelöste Konzentration innerhalb des Knorpels im Vergleich zu seinem umgebenden Bad, was nützlich ist, um das Potenzial eines Arzneimittelträgers bei der Verbesserung der therapeutischen Konzentration von Medikamenten im Knorpel vorherzusagen. Die Tiefenderdringungsstudien mittels konfokaler Mikroskopie ermöglichen die visuelle Darstellung der 1D-gelösten Diffusion von der oberflächlichen in die tiefe Knorpelzone, was wichtig für die Beurteilung ist, ob Solutes ihre Matrix- und Zellzielstellen erreichen. Nicht-Gleichgewichtsdiffusionsratenstudien mit einer kundenspezifischen Transportkammer ermöglichen die Messung der Stärke von Bindungswechselwirkungen mit der Gewebematrix, indem die Diffusionsraten fluoreszierend markierter Gelöstheitim Gewebe charakterisiert werden; dies ist vorteilhaft für die Gestaltung von Trägern mit optimaler Bindungsfestigkeit mit Knorpel. Zusammen liefern die Ergebnisse der drei Transportexperimente eine Richtlinie für die Entwicklung optimal aufgeladener Arzneimittelträger, die schwache und reversible Ladungsinteraktionen für Arzneimittelabgabeanwendungen nutzen. Diese experimentellen Methoden können auch angewendet werden, um den Transport von Drogen und Drogenträger-Konjugaten zu bewerten. Darüber hinaus können diese Methoden für den Einsatz bei der Ausrichtung auf andere negativ geladene Gewebe wie Meniskus, Hornhaut und den Glaskörper Humor angepasst werden.

Einleitung

Die Medikamentenabgabe an negativ geladene Gewebe im Körper bleibt eine Herausforderung aufgrund der Unfähigkeit von Medikamenten, tief in das Gewebe einzudringen, um Zell- und Matrix-Zielstellen zu erreichen¹. Einige dieser Gewebe bestehen aus dicht gepackten, negativ geladenen Aggrecanen, die eine hohe negative feste Ladungsdichte (FCD)² im Gewebe erzeugen und als Barriere für die Abgabe der meisten Makromoleküle³^,⁴fungieren. Mit Hilfe von positiv geladenen Drogenträgern kann diese negativ geladene Gewebebarriere jedoch tatsächlich über elektrostatische Ladungs....