Preparação e caracterização de Lipofílica Doxorrubicina micelas Pro-drogas
Summary
Um protocolo para a preparação e caracterização de doxorrubicina lipofílico pró-fármaco carregado 1,2-distearoyl–sn-glicero-3-phosphoethanolamine- N – [amino (polietileno glicol) -2000] (DSPE-PEG) micelas é descrito.
Abstract
Micelles have been successfully used for the delivery of anticancer drugs. Amphiphilic polymers form core-shell structured micelles in an aqueous environment through self-assembly. The hydrophobic core of micelles functions as a drug reservoir and encapsulates hydrophobic drugs. The hydrophilic shell prevents the aggregation of micelles and also prolongs their systemic circulation in vivo. In this protocol, we describe a method to synthesize a doxorubicin lipophilic pro-drug, doxorubicin-palmitic acid (DOX-PA), which will enhance drug loading into micelles. A pH-sensitive hydrazone linker was used to conjugate doxorubicin with the lipid, which facilitates the release of free doxorubicin inside cancer cells. Synthesized DOX-PA was purified with a silica gel column using dichloromethane/methanol as the eluent. Purified DOX-PA was analyzed with thin layer chromatography (TLC) and 1H-Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (1H-NMR). A film dispersion method was used to prepare DOX-PA loaded DSPE-PEG micelles. In addition, several methods for characterizing micelle formulations are described, including determination of DOX-PA concentration and encapsulation efficiency, measurement of particle size and distribution, and assessment of in vitro anticancer activities. This protocol provides useful information regarding the preparation and characterization of drug-loaded micelles and thus will facilitate the research and development of novel micelle-based cancer nanomedicines.
Introduction
A quimioterapia é utilizada para tratar várias formas de cancro. A maioria, se não todos, os fármacos de quimioterapia têm efeitos secundários tóxicos que podem variar de pequenas condições controláveis, tais como náusea e diarreia, condições que ameaçam a vida mais. Uma vez que a maioria dos fármacos anti-cancerígenos são tóxicos, não-exposição selectiva destes fármacos ao tecido normal, inevitavelmente, provoca toxicidade. Por conseguinte, existe uma grande necessidade de uma abordagem terapêutica que possa entregar drogas selectivamente em células cancerosas. Um outro desafio com a administração de fármacos anti-cancro é a sua fraca solubilidade em água. Normalmente, os agentes de solubilização são necessários para formular estes fármacos pouco solúveis. No entanto, a maioria dos agentes de solubilização, tais como o sulfóxido de dimetilo (DMSO), Cremophor EL, e polissorbato 80 (Tween 80) podem causar toxicidade hepática e renal, hemólise, as reacções de hipersensibilidade aguda e neuropatias periféricas. 1 Assim, formulações seguros e biocompatíveis são necessários para o uso clínico de máfármacos anti-cancerígenos ly solúveis. Nanocarriers são promissores sistemas de entrega de drogas para enfrentar os desafios acima. Estes nanocarriers incluem lipossomas, 2 nanopartículas, 3 micelas, 4-7 conjugados de polímero-droga, 8 e materiais inorgânicos. 9 Vários produtos nanomedicina (por exemplo, DOXIL, Abraxane e Genexol) foram aprovados pelas agências reguladoras para tratar pacientes com câncer. 10
As micelas poliméricas são promissores transportadores de distribuição de drogas de nano-escala, que têm sido utilizados com êxito para a administração de fármacos anti-cancro. 4-7,11,12 micelas poliméricas típicas são preparadas a partir de polímeros anfifílicos através de um processo de auto-montagem. Os core-shell micelas poliméricas estruturadas incluem uma camada hidrófila e um núcleo hidrofóbico. A camada hidrófila pode estabilizar estereoquimicamente micelas e prolongar a sua circulação na corrente sanguínea. O núcleo hidrofóbico pode encapsular eficazmente d hidrofóbicotapetes. Devido ao pequeno tamanho de micelas (normalmente inferiores a 200 nM) e propriedades de longa circulação, micelas poliméricas são acreditados para atingir tumores direccionamento por meio de efeitos de retenção (EPR) (tumor passivo segmentação) e permeabilidade aumentada.
A carga de droga a estabilidade é crítica para a capacidade de direccionamento tumoral de micelas. Para alcançar segmentação tumor ideal, micelas deve ter vazamento de drogas mínima antes de chegar ao local do tumor, mas liberte rapidamente a droga depois de entrar células cancerosas. Além disso, a estabilidade da formulação é também um requisito essencial para o desenvolvimento do produto, porque a estabilidade da formulação determina a viabilidade do desenvolvimento do produto, bem como a vida de prateleira de produtos desenvolvidos. Recentemente, muitos esforços têm sido feitos para melhorar o carregamento de medicamentos em transportadores de entrega. A abordagem de pró-fármaco lipofílico é uma estratégia que tem sido explorado para melhorar a carga de fármaco em nanopartículas de lípidos e emulsões. 13,14 O conjugation de lipídios com drogas pode melhorar significativamente a sua lipofilicidade e aumentar a carga e retenção nos componentes lipofílicos de nanocarriers.
Aqui, descrevemos um protocolo para a preparação de doxorrubicina lipofílico pró-drogas micelas carregadas. Em primeiro lugar, é descrito o procedimento de síntese para a doxorubicina lipofílico pró-droga. Então, um protocolo para a geração de micelas com um método de película-dispersão é introduzida. Este método tem sido utilizado com sucesso nos estudos anteriores. 5 DSPE-PEG foi seleccionado como o material transportador para a preparação de micelas porque tem sido utilizado com sucesso para a entrega de drogas micela 15,16. Finalmente, descreve-se vários testes in vitro utilizados para caracterizar micela formulações e para avaliar a atividade anticâncer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Neste trabalho, nós descrevemos, um método de filme rápida dispersão simples para a preparação de micelas. Este método utiliza as propriedades de auto-montagem de um polímero anfifílico (por exemplo, DSPE-PEG) para formar micelas com núcleo e camadas estruturadas num ambiente aquoso. Este método de preparação de micelas tem várias vantagens. 1. Trata-se de um processo de formulação simples, o que evita a utilização de passos de redução de tamanho (complicados, tais como extrusão ou homogene…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the following grants: NIH-SC3 grant, NSF-PREM grant, Hampton University Faculty Research Grant. We would like to thank Mrs. Michele A. Cochran at Virginia Institute of Marine Science (VIMS) for the use of the particle size analyzer. We would also like to thank Mrs. Corinne R. Ramaley for reviewing the manuscript.
Materials
| DSPE-PEG2K | Cordenpharm | LP-R4-039 | >95% |
| Doxorubicin | LC Laboratories | D-4000 | >99% |
| Palmitic Acid Hydrazide | TCI AMERICA | P000425G | >98.0% |
| Methanol | ACROS Organics | 610981000 | Anhydrous |
| Methylene chloride | FISHER | D151-4 | 99.90% |
| Methyl sulfoxide-d6 | ACROS Organics | AC320760075 | NMR solvent |
| Trifluoroacetic Acid | ACROS Organics | AC293811000 | 99.50% |
| Silica Gel | FISHER | L-7446 | 230-400 mesh |
| BAKER FLEX TLC PLATES | FISHER | NC9990129 | |
| DPBS | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| DU 145 Prostate Cancer Cells | ATCC | HTB-81 | |
| MTT | ACROS Organics | 158990050 | 98% |
| RPMI 1640 Medium | MEDIATECH INC | 10041CV | |
| Antibiotic-Antimycotic | LIFE TECHNOLOGIES | 15240062 | 100x stock solution |
| Fetal Bovine Serum | LIFE TECHNOLOGIES | 10437077 | |
| Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy | Varian, Inc | 300 NMR | |
| Büchi R-3 Rotavapor | Buchi | 1103022V1 | Rotary evaporator |
| Ultrasonic Bath | BRANSON ULTRASONICS CORPORATION | CPX952318R | |
| UV-VIS spectrometer Biomate 3 | Thermo Spectronic | ||
| Zetasizer Nano ZS90 | Malvern Instruments | Particle Size Analyer | |
| Microplate Spectrophotometer | Rio-Rad | Benchmark Plus | |
| Cell Culture Incubator | Napco | CO2 6000 | |
| Biological Safety Cabinet | Nuaire | ||
| SigmaPlot | Systat Software, Inc. | Analytical Software | |
| 96-Well Cell Culture Plate | Becton Dickinson | 353072 | |
| Trypsin 0.25% | Corning Cellgro | 25-053-CI |
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