Synthese von Gold-Nanopartikeln Integrated Photo-responsive Liposomen und Messung ihrer Mikroblasen Kavitation auf Pulse Laseranregung
Summary
Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Herstellungsmethode für Gold-Nanopartikel integriert fotoempfindlichen Liposome mit den im Handel erhältlichen Materialien. Es zeigt auch, wie die Mikrobläschen Kavitationsprozess der synthetisierten Liposomen bei der Behandlung von gepulsten Laser zu messen.
Abstract
Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control over the drug release. However, most of the relevant technologies are still in the development process and are unprocurable by clinics. Here, we describe a facile fabrication of these photo-responsive NPs with commercially available gold NPs and thermo-responsive liposomes. Calcein is used as a model drug to evaluate the encapsulation efficiency and the release kinetic profile upon heat/light stimulation. Finally, we show that this photo-triggered release is due to the membrane disruption caused by microbubble cavitation, which can be measured with hydrophone.
Introduction
Die Möglichkeit, Arzneimittel-Freisetzung durch externe Stimuli ausgelöst wird eine attraktive Möglichkeit, die Drogen in räumlich, zeitlich-und Dosierung gesteuerten Moden mit maximierter Spezifität und minimalen Nebenwirkungen zu liefern. Unter einer Vielzahl von exogenen Stimuli reagierende Systeme (Licht, Magnetfeld, Ultraschall, Mikrowellen-Strahlung), lichtgesteuerten Plattformen sind attraktiv, wegen ihrer Nicht-Invasivität, Einfachheit und Anpassungsfähigkeit in den Kliniken. 1 Umfangreiche Forschung in den letzten zehn Jahren eine Vielzahl von Plattformtechnologien, wie beispielsweise im nahen Infrarot-Licht verantwortlich Gold (Au) Nanokäfige beschichtet mit intelligenten Polymeren, zwei Foto-labile polymere Nanopartikel (NP) konjugiert mit Drogen, 3 und selbstorganisierten porphysome Nanovesikeln zur Verfügung gestellt hat. 4 jedoch sind diese Technologien noch in den präklinischen Entwicklungsstadien, und ein klares Verständnis und die Optimierung der Parameter in den Prozess der Einleitung und Fortsetzung beteiligt erfordernWalzen der Wirkstofffreisetzung.
Eine der einfachsten und leicht zugängliche Verfahren zur Herstellung eines solchen Systems ist Gold-Nanopartikeln mit wärmeempfindlichen Liposomen 5,6, von denen beide weithin auf dem Markt verfügbar sind, zu integrieren und haben in präklinischen und klinischen Studien noch ausgiebig untersucht worden. Trotz der Beschränkung der tiefen Gewebe Aktivierung von Gold-Nanopartikeln an ihren plasmonischer Wellenlänge im Vergleich zu im nahen Infrarotbereich aktiviert Au-Nanostrukturen (zB Nanokäfige), dieses System hält immer noch sehr vielversprechend, wenn bei Kleintieren oder für topische Verabreichung beim Menschen eingesetzt. 7 Es gibt einige frühe Bemühungen in Kombination Gold-Nanopartikeln mit Liposomen für Licht ausgelöste Freisetzung. 8-11 Während die meisten von ihnen auf der Neuheit von Materialien konzentrieren, Zugänglichkeit und Skalierbarkeit Probleme müssen angegangen werden. Darüber hinaus Berichte über Freigabemechanismen dieser Nanotransporter verwenden, sind noch begrenzt.
Hierbei ist die Herstellung von fotoempfindlichenLiposomen gleichzeitig mit Drogen und hydrophilen Gold-Nanopartikel geladen ist beschrieben worden. Calcein wird als Modellverbindung verwendet, um die Verkapselungseffizienz und das Freisetzungsprofil des Systems zu bewerten. Zusätzlich wird in diesem System Licht, das von Gold-Nanopartikeln absorbiert leitet an die umgebende Mikroumgebung in Form von Wärme, was zu einer Erhöhung der lokalen Temperatur. Luftmikrobläschen während der Lasererhitzung und verursachen mechanische Zerstörung von Liposomen (Figur 1) erzeugt. Der Mechanismus der Mikrobläschen Kavitation wird durch Hydrophonmessungen bestätigt.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dünnfilmflüssigkeitszufuhr ist das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Liposomen. Organische Lösemittel (Chloroform in diesem Fall) wurden zuerst verwendet, um die Lipide zu lösen und dann bei 37 ° C in einem Rotationsverdampfer entfernt, um einen Lipid-Dünnfilm auf dem Kolben zu erzeugen. Dieser Lipidfilm wurde mit der wässrigen Lösung hydratisiert 60 mM Calcein und 5 nm Gold-Nanopartikeln enthält. Während des Hydrationsvorganges wurde die Temperatur etwa 50 ° C gehalten und der Kolben wurde ständig…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch die Tier-1-Academic Research Fonds von Singapur Bildungsministerium (RG 64/12 zu CX) und NTU-Northwestern Institut für Nanomedizin unterstützt.
Materials
| 1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 850355P | Powder, Store at -20 °C |
| 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine (MPPC) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 855675P | Powder, Store at -20 °C |
| 1, 2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanol-amine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) (DSPE-PEG2000) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 880120P | Powder, Store at -20 °C |
| Gold Nanoparticles | Sigma Aldrich | 752568-100mL | 5nm particles, stabilized at 0.1mM PBS |
| Calcein | Sigma Aldrich | C0875-10g | 60mM, pH 7.4 – adjusted using NaOH |
| phosphate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich | P5493 | 0.1 mM, pH 7.4 |
| Double distilled water | Millipore Milli-DI water purification system | ||
| Triton X100 | Sigma, Life Sciences | X-100 | To disrupt the liposomes to calculate total encapsulation |
| Rotavapor | Buchi (Switzerland) | R 210 | Used for Lipososme preparation |
| Heating bath | Buchi (Switzerland) | B 491 | Used for Lipososme preparation |
| Vacuum Controller | Buchi (Switzerland) | V-850 | Used for Lipososme preparation |
| Vacuum Pump | Buchi (Switzerland) | V-700 | Used for Lipososme preparation |
| Recirculation bath with temperature controller | Polyscience | Used for Lipososme preparation | |
| Mini-extruder assembly with heating block | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610000 | Used for extrusion of liposomes |
| Syringes, 1000 uL | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610017 | Used for extrusion of liposomes |
| Polycarbonate filter membrane, 200nm | Whatmann | 800281 | Used for extrusion of liposomes |
| Filter Support | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610014 | Used for extrusion of liposomes |
| PD 10 Desalting coulumns, Sephadex G-25 medium | GE Healthcare, Life sciences | 17-0851-01 | Used to purify the liposomes |
| Centrifuge | Sigma Laboratory Centrifuges | 3K30 | Used to concentrate the liposomal solution |
| Rotor | Sigma | 19777-H | Used to concentrate the liposomal solution |
| Zetasizer | Nano ZS Malvern | Used for the determination of liposome size and zetapotential | |
| UV- Visible Spectrophotometer | Shimadzu | UV-2450 | Used to measure the absorbance of the samples |
| Fluorescent Spectrofluorometer | Molecular Devices | SpectraMax M5 | Used to measure the fluorescence emission of the samples |
| Nd:YAG Laser | NewWave Research | 532 nm; Maximum power: 17mJ; Width: 406 ns; Used for sample irradiation | |
| HNR Hydrophone | ONDA | HNR-1000 | 1000 mm diameter and 450 nV/Pa sensitivity, Proper working frequency range: 0.25-10 MHz; Calibration: 50 mV/Bar; Used to measure the acoustic signals |
| Digital Osciloscope | LECORY – Wave Runner 64Xi-A | Frequency: 600 MHz; Max sample rate : 10 Gs/s (at two channel); Used to record the measured acoustic signals |
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