Síntese de Nanopartículas de ouro modificada Aptamer-PEI-g-PEG carregadas com doxorubicina para entrega de drogas direcionadas
Summary
Neste protocolo, as nanopartículas de ouro modificadas AS1411-g-PEI-g-PEG são sintetizadas através de reações de meio-médio de três etapas. Em seguida, a doxorubicina é carregada e entregue às células cancerígenas alvo para a terapia contra o câncer.
Abstract
Devido à resistência e toxicidade de medicamentos em células saudáveis, o uso de doxorubicina (DOX) tem sido limitado na terapia clínica do câncer. Este protocolo descreve a concepção de poli (etilenimina) enxertada com polietileno glicol (PEI-g-PEG) nanopartículas de ouro funcionalizadas (AuNPs) com aptámero carregado (AS1411) e DOX através de reações de amida. O AS1411 é especificamente ligado a receptores de nucleoslinas direcionados em células cancerosas para que o DOX alveja células cancerígenas em vez de células saudáveis. Primeiro, o PEG é carboxilado, depois enxertado em PEI ramificado para obter um copolímero PEI-g-PEG, que é confirmado pela análise de 1H NMR. Em seguida, as nanopartículas de ouro revestidas de copolímero PEI-g-PEG (PEI-g-PEG@AuNPs) são sintetizadas, e DOX e AS1411 são covalentemente ligados aos AuNPs gradualmente através de reações de amida. O diâmetro do AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs é de ~39,9 nm, com potencial zeta de -29,3 mV, indicando que as nanopartículas estão estáveis em água e meio celular. Ensaios de citoxicidade celular mostram que os AuNPs carregados de DOX recém-projetados são capazes de matar células cancerígenas (A549). Esta síntese demonstra o delicado arranjo de copolímeros PEI-g-PEG, aptamers e DOX em AuNPs que são obtidos por reações sequenciais de amida. Tais AuNPs funcionalizados aptamer-PEI-g-PEG fornecem uma plataforma promissora para a entrega de medicamentos direcionados na terapia contra o câncer.
Introduction
Sendo o maior problema de saúde pública em todo o mundo, o câncer é amplamente caracterizado como tendo uma baixa taxa de cura, alta taxa de recidiva e alta taxa de mortalidade1,2. Os métodos anti-câncer convencionais atuais incluem cirurgia, quimioterapia e radioterapia3, entre os quais a quimioterapia é o tratamento primário para pacientes com câncer na clínica4. Os medicamentos anticancerígenos usados clinicamente incluem paclitaxel (PTX)5 e doxorubicina (DOX)6,7. O DOX, um medicamento antineoplásico, tem sido amplamente aplicado na quimioterapia clínica, devido às vantagens da citotoxicidade do câncer e da inibição da proliferação de células cancerosas8,9. No entanto, o DOX causa cardiotoxicidade10,11, e a curta meia-vida do DOX restringe sua aplicação na clínica12. Portanto, os transportadores de drogas degradáveis são necessários para carregar o DOX e liberar subeqüentemente de forma controlada para uma área alvo.
As nanopartículas têm sido amplamente utilizadas em sistemas de entrega de medicamentos direcionados e têm várias vantagens no tratamento do câncer (ou seja, proporção superfície-volume considerável, tamanho pequeno, capacidade de encapsular várias drogas e química de superfície incapaz, etc.) 13,14,15. Em particular, as nanopartículas de ouro (AuNPs) têm sido amplamente utilizadas em aplicações biológicas e biomédicas, como a terapia fototérmica do câncer16,17. As propriedades únicas dos AuNPs, como síntese fácil e funcionalização geral da superfície, têm excelentes perspectivas no campo clínico da terapiaoncológica 18. Além disso, os AuNPs têm sido utilizados para identificar estratégias de entrega de medicamentos, diagnosticar tumores e superar a resistência em muitos estudos19,20.
Não obstante, os AuNPs precisam ser mais adaptados para superar a resistência medicamentosa através da alta liberação local em lesões tumorais por meio de uma maior permeação e retenção (EPR), como as propriedades de segmentação e acessibilidade. Os AuNPs funcionais de polímeros apresentaram vantagens únicas, como a melhoria da solubilidade da água de medicamentos anticâncer hidrofóbicos e o tempo de circulação prolongado21,22. Vários polímeros biocompatíveis têm sido usados para revestimentos AuNP, como polietileno glicol (PEG), polietileneimina (PEI), ácido hialurônico, heparina e goma xantana. Em seguida, a estabilidade, assim como a carga útil, de AuNPs é melhorada bem23. Especificamente, o PEI é um polímero altamente ramificado que é composto por muitas unidades repetitivas de aminas primárias, secundárias e terciárias24. PEI tem excelente solubilidade, baixa viscosidade e alto grau de funcionalidade, que é adequado para revestimento em AuNPs.
Por outro lado, os medicamentos anticâncicos precisam ser entregues diretamente às células cancerosas com maior eficiência de carregamento e com menor toxicidade para o tratamento de tumores metastáticos primários e avançados25. Ligantes-alvo têm grande potencial para sistemas de entrega direcionados a medicamentos anticâneos26. Sua seletividade para a ligação de moléculas-alvo confere especificidade de especificidade de medicamentos anticâncer e aumenta o enriquecimento medicamentoso em tecidos doentes27. Mais ligantes incluem anticorpos, polipeptídeos e pequenas moléculas. Comparados com outros ligantes, os aptamers de ácido nucleico podem ser sintetizados in vitro e são fáceis de modificar. AS1411 é um oligonucleotídeo de 26 bp fosfodiester não modificado que forma uma estrutura G-tetramer dimeric estável para se ligar especificamente a um receptor de proteína nuclear de alvo superexpresso em células cancerosas28,29,30. AS1411 inibe a proliferação de muitas células cancerígenas, mas não afeta o crescimento de células saudáveis31,32. Como resultado, o AS1411 tem sido usado para fabricar um sistema ideal de entrega de medicamentos direcionado.
Neste estudo, um copolímero PEI-g-PEG é sintetizado através de uma reação de amida, então as nanopartículas de ouro revestidas de copolímero PEI-g-PEG (PEI-g-PEG@AuNPs) são fabricadas. Além disso, o DOX e o AS1411 estão sequencialmente ligados ao PEI-g-PEG@AuNPs preparado, como mostrado na Figura 1. Este protocolo detalhado destina-se a ajudar os pesquisadores a evitar muitas das armadilhas comuns associadas à fabricação de novas PEI-g-PEG@AuNPs carregadas com DOX e AS1411.
Protocol
Representative Results
Discussion
O espectro de 1H NMR (Figura 2) confirma a síntese bem sucedida do copolímero CT-PEG e do copolímero PEI-g-PEG. Os pesos moleculares de PEG e PEI foram de 1.000 e 1.200, respectivamente. Além disso, o sistema catalítico EDC/NHS foi usado para sintetizar o copolímero PEI-g-PEG através de reações de amida. Deve-se notar que se os pesos moleculares de PEG e PEI mudaram para sintetizar o copolímero PEI-g-PEG, então o tempo de reação e o sistema catalítico precisam ser re…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (31700840); o Principal Projeto de Pesquisa Científica da Província de Henan (18B430013, 18A150049). Esta pesquisa foi apoiada pelo Programa de Estudiosos de Nanhu para Jovens Estudiosos da XYNU. Os autores gostariam de agradecer ao estudante de bacharel Zebo Qu, da Faculdade de Ciências da Vida em XYNU, por seus trabalhos úteis. Os autores gostariam de reconhecer o Centro de Análise & Testes da XYNU para o uso de seus equipamentos.
Materials
| 4-Dimethylaminopyridine | Macklin | D807273 | |
| A549 cell | ATCC CCL-185TM | ||
| AS1411 | BBI Life Sciences Corporation | 5'-d (TTTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG) FL-AS1411 (fluorophore-labeled AS1411) | |
| Anhydrous Tetrahydrofuran (THF) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
| Cell counting kit-8 (CCK-8) | Sigma Aldrich | 96992-500TESTS-F | |
| Dichloromethane | Traditional Chinese medicine | 80047318 | |
| Diethyl ether (Et2O) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
| Dimethyl sulfoxide | Macklin | D806645 | |
| Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) | Sigma Aldrich | ||
| Doxorubicin hydrochloride | Rhawn | R017518 | |
| Ether absolute | Traditional Chinese medicine | 80059618 | |
| Field Emission Transmission Electron Microscope | FEI Company | Tecnai G2 F 20 | |
| Gold(III) chloride trihydrate | Rhawn | R016035 | |
| Laser Particle-size Instrument | Malvern Instruments Ltd | ZetasizerNanoZS/Masterszer3000E | |
| Microplate Reader | Molecular Devices | SpectraMax 190 | |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride | Macklin | N808856 | |
| N-Hydroxysuccinimide | Macklin | H6231 | |
| NMR software | Delta 5.2.1 | ||
| Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer | JEOL | JNM-ECZ600R/S3 | |
| Origin 8.5 | OriginLab | ||
| Penicillin | Sigma Aldrich | V900929-100ML | |
| Phosphate-buffered saline | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | |
| Poly(ethylene glycol) | Sigma Aldrich | 81188 | BioUltra, average Mn ~ 1000 |
| Poly (ethyleneimine) solution | Sigma Aldrich | 482595 | average Mn ~ 1200, 50 wt.% in H2O |
| Sodium borohydride, powder | Acros | C18930 | |
| Streptomycin | Sigma Aldrich | 85886-10ML | |
| Succinic anhydride | Traditional Chinese medicine | 30171826 | |
| Tetrahydrofuran | Traditional Chinese medicine | 40058161 | |
| Triethylamine | Traditional Chinese medicine | 80134318 | |
| UV/VIS/NIR Spectrometer | Lambda950 | Lambda950 | |
| X-ray Photoelectron Spectrometer | Thermo Fisher Scientific | K-ALPHA 0.5EV |
Referencias
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