Легким и эффективным подходом к производству Реверсивный дисульфид поперечно-сшитого мицелл
Summary
To deliver cancer drugs to tumor sites with high specificity and reduced side effects, new methods based on nanoparticles are required. Here, we describe disulfide cross-linked micelles that can be easily prepared by hydrogen peroxide-mediated oxidation and are able to dissociate efficiently under a reducing tumor environment to release payloads.
Abstract
Наномедицина является новой формой терапии, которая использует уникальные свойства частиц, которые нанометров в масштабе для биомедицинского применения. Улучшение доставки лекарственных средств, чтобы максимизировать результаты лечения и уменьшить связанный с наркотиками побочные эффекты являются одними из краеугольных камней современного наномедицины. Наночастицы, в частности, нашли широкое применение в лечении рака. Наночастицы, которые предлагают высокую степень гибкости при проектировании, применении и производстве на основе микросреды опухоли, по прогнозам, будет более эффективным с быстрым переводом в клиническую практику. Полимерный мицеллярной нано-носитель является популярным выбором для приложений доставки лекарственных средств.
В этой статье мы опишем простой и эффективный протокол для синтеза наркотиков загруженным, дисульфид сшитых мицеллы на основе самосборки хорошо определенной амфифильного линейно-дендритных сополимера (telodendrimer, TD). ТД состоит из полиэтилена ГЛycol (ПЭГ) в качестве гидрофильного сегмента и тиолированным кластера холевой кислоты в качестве основного образующего гидрофобного фрагмента, присоединенного к ступенчато с концевыми аминогруппами ПЭГ с использованием раствора на основе пептидной химии. Химиотерапевтических средств, таких как паклитаксел (PTX), может быть загружен с помощью стандартного метода выпаривания растворителя. -опосредованного Окисления O 2 была ранее использована для формирования внутри мицеллярных дисульфидные поперечные связи из свободных тиоловых групп на TDs. Тем не менее, реакция была медленной, и не представляется возможным для крупномасштабного производства. В последнее время метод окисления H 2 O 2 -опосредованного была изучена в качестве более приемлемого и эффективного подхода, и это было в 96 раз быстрее , чем сообщалось ранее способом. Используя этот подход, 50 г PTX-нагруженных, дисульфид сшитых наночастицы были успешно получены с узким распределением частиц по размерам и эффективности погрузки высокого лекарственного средства. Стабильность полученного раствора мицелл анализировались с использованием разрушающие условий, таких как в случае совместной инкубации шIth в додецилсульфата моющее средство, натрия, с добавлением или без восстанавливающего агента. Препарат загруженным, дисульфид сшитые мицеллы продемонстрировали менее гемолитической активностью по сравнению с их не сшитый коллегами.
Introduction
Нанотехнологии является быстро развивающейся области , которая выиграла ряд медико – биологических областях 1. Наночастицы предоставляют возможности для проектирования и настройки свойств, которые не представляется возможным с другими типами обычных терапевтических средств. Нано-носители повышения стабильности лекарств против биодеградации, увеличивать время оборота наркотиков, преодолеть проблемы растворимости лекарства, и могут быть доработаны для адресной доставки лекарств и сопутствующих доставки агентов визуализации 1,2. Наночастиц на основе систем доставки перспективны в визуализации и лечения рака. Опухолевые vasculatures являются негерметичных макромолекул и может привести к преимущественному накоплению циркулирующих наночастиц в опухолевых участках через повышенной проницаемости и удерживания (EPR) эффект 3. Среди нескольких нано-носителей (например, липосомы, гидрогели, и полимерные мицеллы), которые активно преследуемых в качестве носителей для противораковых препаратов, полимерные мицеллы получили широкую популярность в течение гое последнее десятилетие 4,5.
Полимерное мицеллы представляют собой термодинамическую систему, которая, при внутривенном введении, потенциально могут быть ослаблены ниже критической концентрации мицелл (CMC), что приводит к их диссоциации в unimers. стратегии Поперечное сшивание были использованы для минимизации мицеллярный диссоциации на unimers. Тем не менее, чрезмерно Стабилизированные мицеллы могут предотвратить лекарство от высвобождения в целевых местах, тем самым уменьшая общую терапевтическую эффективность. Несколько химических подходов были изучены , чтобы сшивающий разлагаемые в ответ на окислительно – восстановительными или на внешние раздражители, такие как восстанавливаемых дисульфидных связей 6,7 и рН расщепл 8 или Гидролизуемый облигации 9,10.
Ранее мы уже сообщали конструкцию и синтез мицеллярных наночастиц , состоящих из дендритных холевой кислоты (СА) блока и линейный полиэтиленгликоль (ПЭГ) , сополимеры называют telodendrimers (TD) 11-15 </SUP>. Эти TDs представлены как PEG нК -CAy (где п = молекулярная масса в килодальтон (К), у = количество холевой кислоты (CA) единиц). Они характеризуются малыми размерами, длительным сроком хранения, а также высокую эффективность в заключающих лекарственных средств, таких как паклитаксел (PTX) и доксорубицина (DOX) в гидрофобного ядра. Строительные блоки ТД, такие как PEG, лизин, и СА, являются биологически совместимыми, и наличие короны ПЭГ может придать "невидимости" наночастицами характер, предотвращая неспецифическую поглощение мицеллярных наночастиц ретикулоэндотелиальной системы.
Тиолированный линейно-дендритных полимеры могут быть легко сгенерирована путем введения цистеина в дендритных олиго-лизина основой нашего стандартного TDs. Данная статья представляет собой протокол для легкое производства мицеллярной системы обратимо сшитый доставки лекарственных средств путем введения дисульфидных поперечных связей в гидрофобную сердцевину TDs (Рисунок 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Несколько наночастиц были исследованы на предмет их потенциального использования в доставке лекарств. Липосомальных доксорубицин и паклитаксел (PTX) -loaded сывороточного альбумина человека нано-агрегаты относятся к числу nanotherapeutics, одобренных FDA для лечения рака. Тем не менее, несмотря на…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Ms.Alisha Knudson for the editorial help. They would also like to acknowledge the financial support from the NIH/NCI (3R01CA115483, to K.S.L.), the DoD PRMRP Award (W81XWH-13-1-0490, to K.S.L.), the NIH/NCI (1R01CA199668, to Y.L.), and the NIH/NICHD (1R01HD086195, to Y.L.).
Materials
| MeO-PEG5K-NH2 | Rapp Polymere | 125000-2 | |
| Fmoc-Lys(Fmoc)-OH | Aaptec | AFK107 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | Anaspec | AS-20132 | |
| Fmoc-Cys(Trt)-OH | Aapptec | AAC105 | |
| Dimethylformamide | Fisher Scientific | BP1160-4 | |
| Ethyl ether | Fisher Scientific | E134-20 | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Sigma Aldrich | D125806 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | T6508 | Corrosive, handle with care |
| 4-methyl piperidine | Alfa-Aesar | L-02709 | |
| Ebes linker | Anaspec | AS-61924 | |
| Cholic acid | Sigma Aldrich | C1129 | |
| 1,2-Ethanedithiol | Sigma Aldrich | 02390 | Handle inside fume hood. Bleach gloves after usage |
| Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | |
| Chloroform (anhydrous) | Sigma Aldrich | 288306 | |
| Hydrogen peroxide solution 30% | Aaron Industries | NA | |
| HoBt-Cl | Aaptec | CXZ096 | |
| DIC | Sigma Aldrich | D125407 | |
| Female athymic nude mice (Nu/Nu strain), 6–8 weeks age | Harlan (Livermore, CA) | ||
References
- Zhang, L., et al. Nanoparticles in medicine: therapeutic applications and developments. Clin. Pharmacol. Ther. 83, 761-769 (2008).
- Wang, A. Z., Langer, R., Farokhzad, O. C. Nanoparticle Delivery of Cancer Drugs. Annu. Rev. Med. 63, 185-198 (2012).
- Iyer, A. K., Khaled, G., Fang, J., Maeda, H. Exploiting the enhanced permeability and retention effect for tumor targeting. Drug Disc. Today Targets. 11, 812-818 (2006).
- Morachis, J. M., Mahmoud, E. A., Almutairi, A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev. 64, 505-519 (2012).
- Kamaly, N., Xiao, Z., Valencia, P. M., Radovic-Moreno, A. F., Farokhzad, O. C. Targeted polymeric therapeutic nanoparticles: design, development and clinical translation. Chem. Soc. Rev. 41, 2971-3010 (2012).
- Li, Y. L., et al. Reversibly stabilized multifunctional dextran nanoparticles efficiently deliver doxorubicin into the nuclei of cancer cells. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48, 9914-9918 (2009).
- Miyata, K., et al. Block catiomer polyplexes with regulated densities of charge and disulfide cross-linking directed to enhance gene expression. J. Am. Chem. Soc. 126, 2355-2361 (2004).
- Chan, Y., Wong, T., Byrne, F., Kavallaris, M., Bulmus, V. Acid-labile core cross-linked micelles for pH-triggered release of antitumor drugs. Biomacromolecules. 9, 1826-1836 (2008).
- Rijcken, C. J., Snel, C. J., Schiffelers, R. M., van Nostrum, C. F., Hennink, W. E. Hydrolysable core-crosslinked thermosensitive polymeric micelles: synthesis, characterisation and in vivo studies. Biomaterials. 28, 5581-5593 (2007).
- Talelli, M., et al. Core-crosslinked polymeric micelles with controlled release of covalently entrapped doxorubicin. Biomaterials. 31, 7797-7804 (2010).
- Xiao, K., et al. A self-assembling nanoparticle for paclitaxel delivery in ovarian cancer. Biomaterials. 30, 6006-6016 (2009).
- Li, Y., et al. A novel size-tunable nanocarrier system for targeted anticancer drug delivery. J. Control. Release. 144, 314-323 (2010).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible disulfide cross-linked micelles for on-demand paclitaxel delivery. Biomaterials. 32, 6633-6645 (2011).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible boronate crosslinked nanocarriers for targeted drug delivery in response to acidic pH values and cis-diols. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 51, 2864-2869 (2012).
- Li, Y., et al. A smart and versatile theranostic nanomedicine platform based on nanoporphyrin. Nat. Commun. 5, (2014).
- Belenki, B. G., Gankina, E. S. Thin-Layer chromatography of polymers. J. Chromatogr. A. 141, 13-90 (1977).
- Kaiser, E., Colescott, R. L., Bossinger, C. D., Cook, P. I. Color test for detection of free terminal amino groups in the solid-phase synthesis of peptides. Anal. Biochem. 34, 595-598 (1970).
- Pandey, P. S., Rai, R., Singh, R. B. Synthesis of cholic acid-based molecular receptors: head-to-head cholaphanes. J. Chem. Soc., Perkin Trans 1. , 918-923 (2002).
- Riddles, P. W., Blakeley, R. L., Zerner, B. Reassessment of Ellman’s reagent. Methods Enzymol. 91, 49-60 (1983).
- Ahuja, S., Rasmussen, H. Overview of HPLC method development for pharmaceuticals. HPLC Method Development for Pharmaceuticals. , 1-11 (2007).
- Li, Y., Pan, S., Zhang, W., Du, Z. Novel thermo-sensitive core-shell nanoparticles for targeted paclitaxel delivery. Nanotechnology. 20 (6), 065104 (2009).
- Kato, J., et al. Disulfide cross-linked micelles for the targeted delivery of vincristine to B-cell lymphoma. Mol. Pharm. 9, 1727-1735 (2012).
- Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis. Mol. Aspects Med. 30, 42-59 (2009).
- Xiao, K., et al. “OA02” peptide facilitates the precise targeting of paclitaxel-loaded micellar nanoparticles to ovarian cancer in vivo. Cancer Res. 72, 2100-2110 (2012).
- Koo, A. N., et al. Disulfide-cross-linked PEG-poly(amino acid)s copolymer micelles for glutathione-mediated intracellular drug delivery. Chem. Commun. 28, 6570-6572 (2008).
- McLellan, L. I., Wolf, C. R. Glutathione and glutathione-dependent enzymes in cancer drug resistance. Drug. Resist. Update. 2, 153-164 (1999).
- Karala, A. R., Lappi, A. K., Saaranen, M. J., Ruddock, L. W. Efficient peroxide-mediated oxidative refolding of a protein at physiological pH and implications for oxidative folding in the endoplasmic reticulum. Antioxid. Redox Signal. 11, 963-970 (2009).
- Gabizon, A., et al. Cancer nanomedicines: closing the translational gap. Lancet. 384, 2175-2176 (2014).
