Forma modulante di polimerisomi a base di poliestere utilizzando la pressione osmotica

Summary

I polimerici sono vescicole polimeriche autoassemblate che si formano in forme sferiche per ridurre al minimo l’energia libera di Gibb. Nel caso della somministrazione di farmaci, le strutture più allungate sono utili. Questo protocollo stabilisce metodi per creare più polimerisomi simili a barre, con proporzioni allungate, utilizzando il sale per indurre la pressione osmotica e ridurre i volumi delle vescicole interne.

Abstract

I polimerici sono vescicole a doppio strato legate alla membrana create da copolimeri a blocchi anfifilici che possono incapsulare carichi utili sia idrofobici che idrofili per applicazioni di somministrazione di farmaci. Nonostante la loro promessa, i polimeri sono limitati nell’applicazione a causa della loro forma sferica, che non è prontamente assorbita dalle cellule, come dimostrato dagli scienziati delle nanoparticelle solide. Questo articolo descrive un metodo a base di sale per aumentare le proporzioni dei polimeromi sferici a base di poli(glicole etilenico) (PEG). Questo metodo può allungare i polimerisomi e, infine, controllare la loro forma finale aggiungendo cloruro di sodio nella dialisi post-formazione. La concentrazione di sale può essere variata, come descritto in questo metodo, in base all’idrofobicità del copolimero a blocchi utilizzato come base per il polimero e la forma bersaglio. Le nanoparticelle allungate hanno il potenziale per indirizzare meglio l’endotelio nei vasi sanguigni di diametro maggiore, come le vene, dove si osserva la marginazione. Questo protocollo può espandere le applicazioni terapeutiche delle nanoparticelle utilizzando tecniche di allungamento in tandem con i benefici a doppio carico e a lunga circolazione dei polimerisomi.

Introduction

La modulazione della forma è un modo relativamente nuovo ed efficiente per migliorare la somministrazione di farmaci mediata da nanoparticelle. Non solo il cambiamento nella morfologia aumenta la superficie delle particelle, che a sua volta consente una maggiore capacità di carico, ma ha anche implicazioni su tutta la linea per migliorare la stabilità, il tempo di circolazione, la biodisponibilità, il targeting molecolare e il rilascio controllato¹. I polimerisomi, la nanoparticella di messa a fuoco in questo metodo, tendono ad auto-assemblarsi termodinamicamente in una forma sferica, che si è dimostrata poco pratica nell’assorbimento cellulare ed è più facilmente rilevabile nel sistema immunitario come corpo estraneo. Essere in grado di allungare la struttura in un prolato o in un’asta consentirà al portatore di farmaci di eludere i macrofagi imitando le cellule native e consegnare con maggiore successo al loro target desiderato^2,3,4,5,6,7. I vantaggi significativi dei polimerisomi, tra cui la protezione legata alla membrana dei carichi utili, la reattività agli stimoli della membrana e il doppio incapsulamento dei farmaci idrofili e idrofobici^8,9,10,che li rendono forti candidati per la somministrazione di farmaci vengono mantenuti durante la modulazione della forma.

Esistono molti metodi diversi per modulare le forme dei polimerisomi e ognuno presenta i rispettivi vantaggi e svantaggi. Tuttavia, la maggior parte di questi metodi rientra in due categorie: variazione di pressione osmotica guidata da solvente e da sale¹¹. Entrambi gli approcci mirano a superare l’energia di flessione presente dopo che i polimerisomi si sono formati in una forma di equilibrio sferico. Introducendo un gradiente di pressione osmotica, i polimerisomi possono essere costretti a piegarsi in strutture allungate nonostante le forti energie di flessione^11,12.

Il metodo a base di solventi esplora il cambiamento di forma ispirato al lavoro di Kim e van Hest¹³. Hanno plastificato i polimerisomi in una miscela organica di solvente e acqua per intrappolare i solventi organici nella membrana della vescicola e guidare l’acqua fuori dal nucleo della vescicola. Alla fine, il volume interno della particella è così basso che si allunga. Mentre questo metodo ha mostrato promesse, manca di praticità. Questo metodo richiede solventi diversi per ogni singola spina dorsale polimerica coinvolta nella modulazione. Pertanto, non è ampiamente applicabile per promuovere il cambiamento di forma. Al contrario, il metodo a base di sale è uniforme e utilizza un driver universale che può introdurre pressione osmotica a molti polimerisomi a base di copolimeri a blocchi.

Questo progetto utilizza il metodo a base di sale introdotto da L’Amoreaux et al¹⁴. Questo protocollo prevede due cicli di dialisi. Uno mira a purificare e solidificare i polimeromi poli(glicole etilenico)-b-poli(acido lattico) (PEG-PLA) rimuovendo il solvente organico che potrebbe essere rimasto intrappolato nel doppio strato durante la produzione e uno che promuove il cambiamento di forma. La seconda fase di dialisi introduce una soluzione NaCl da 50 mM che crea un gradiente di pressione osmotica per guidare il cambiamento di forma. Questo metodo è supportato da Salva et al., che notano che lo stress ipertonico in una soluzione causerà la riduzione della vescicola¹⁵. Questo metodo si basa su un metodo precedentemente pubblicato¹⁴ che esamina due diversi polimerisomi a base di poliestere e vari gradienti salini da 50-200 mM NaCl. I poliesteri sono utilizzati grazie alla loro biocompatibilità e biodegradazione. Il gradiente salino ha effetti variabili sulla forma a seconda dell’idrofobicità della spina dorsale del copolimero a blocchi. Può essere usato per creare prolati, bastoncelli e stomatociti. Questo metodo guidato dal sale è stato scelto per la facilità di replica e la versatilità sperimentale.

Protocol

1. Formazione di polimerismi sferici utilizzando un metodo di iniezione di solvente Dissoluzione di poliesteri in solvente organicoNOTA: Un solo poliestere deve essere sciolto nel rispettivo solvente organico alla volta per formare polimerici. Sciogliere i poliesteri PEG-PLA o PEG-b-poly (acido lattico-co-glicolico) (PEG-PLGA) in dimetilsolfossido (DMSO) ad una concentrazione dell’1,5% in peso. In particolare, sciogliere 0,015 g di poliestere selezionato in 1 mL di DMSO (15 mg/mL). La completa disso…

Representative Results

La Tabella 2 presenta i risultati attesi quando si segue il passaggio 1 del protocollo. Si noti che DMSO è usato come solvente sia per PEG-PLA che per PEG-PLGA nella formazione di polimerisomi. La deviazione da questo solvente è possibile, poiché altri solventi miscibili in acqua dissolveranno i copolimeri ma si prevede che cambino i risultati. Si prevede che la PDI sarà inferiore a 0,2, indicando la formazione di polimerisomi monodispersi17. Si noti che l’aumento dell’idrofob…

Discussion

I sistemi autoassemblati sono notoriamente incontrollabili. Le loro proprietà finali, tra cui dimensioni, forma e struttura, sono guidate dalle proprietà idrofobiche dell’anfifilo scelto e dall’ambiente solvente selezionato. I copolimeri a blocchi anfifilici tendono verso forme sferiche, che minimizzano l’energia libera di Gibb e portano all’equilibrio termodinamico²³, formando così polimerisomi. A causa della loro natura di equilibrio, i polimerisomi sono significativamente più difficili da a…

Materials

15*45 vials screw thread w/cap attached	Fisherbrand	9609104000
Dimethyl Sulfoxide	Fisher Chemical	D128-1
Dimethyl Sulfoxide	BDH	BDH1115-1LP
Isoremp stirrers, hotplates, and stirring hotplates	Fisher scientific	CIC00008110V19
LEGATO 130 SYRINGE PUMP	kd Scientific	788130
PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer	Polysciences Inc	24381-1	note the molecular weights when replicating
Poly(ethylene glycol) (2000) Methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide) (4500)	Sigma aldrich	764825-1G	note the molecular weights when replicating
Single-Use Syringe/BD PrecisionGlide Needle combination, sterile, BD medical	BD medical	BD305620	Tuberculin
Sodium Chloride	BDH	BDH9286
Zetasizer Nano ZS	Malvern