מגנטי תרמי רגיש פולי (<em> N</em> -isopropylacrylamide) מבוססי microgels עבור מגנטית מופעל מבוקר שחרור
Summary
כתב יד זה מתאר את הכנה של מיקרוגלים מגנטיים רגישים תרמית באמצעות תחליב המושרה טמפרטורה ללא תגובה כימית. אלה microgels רגישים היו מסונתז על ידי ערבוב של פולי (Niisopropylacrylamide) (PNIPAAm), polyethylenimine (PEI) ו Fe 3 O 4- NH 2 חלקיקים עבור שימוש פוטנציאלי מגנטית מופעלת תרופה משוחרר.
Abstract
מגנטי ו רגיש תרמית פולי (Nisopropylacrylamide) (PNIPAAm) / Fe 3 O 4 -NH 2 microgels עם encorulated נגד סרטן התרופה כורכומין (Cur) נועדו ו מפוברקות עבור שחרור מופעלות מגנטית. PNGAAm מבוססי microgels מגנטיים עם מבנה כדורית הופקו באמצעות תחליב המושרה טמפרטורה ואחריו עם crosslinking פיזית על ידי ערבוב PNIPAAm, polyethylenimine (PEI), ו Fe 3 O 4- NH 2 חלקיקים מגנטיים. בגלל פיזור שלהם, Fe 3 O 4- NH 2 חלקיקים היו מוטבע בתוך מטריצת הפולימר. קבוצות אמין שנחשפו על Fe 3 O 4- NH 2 ו PEI משטח נתמך על מבנה כדורית על ידי crosslinking פיזית עם קבוצות amide של PNIPAAm. הידרופובי נגד סרטן סרטן כורכום יכול להיות מפוזרים במים לאחר אנקפסולציה לתוך microgels. המיקרוגל התאפייןעל ידי מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), ספקטרוסקופית אינפרא אדום אינפרא אדום (FT-IR), ו UV- ויס ניתוח ספקטרלי. יתר על כן, שחרור מופעלת מגנטית נחקר תחת שדה מגנטי חיצוני בתדר גבוה (HFMF). "פרץ התפרצות" משמעותי של כורכומין נצפתה לאחר החלת ה- HFMF על המיקרו-גלגלים עקב השפעת החימום המגנטי (היפרתרמיה). כתב היד מתאר את שחרור מבוקר המופעל מגנטית של Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 כורכומין מצופה, אשר יכול להיות מיושם פוטנציאלי לטיפול בגידולים.
Introduction
הידרוגים הם תלת ממדיים (3D) רשתות פולימריות אשר לא יכול להמיס אבל יכול להתנפח פתרונות מימיים 1 . רשתות פולימריות יש תחומים הידרופילית (אשר יכול להיות hydrated כדי לספק את מבנה הידרוג), וקונפורמציה צולבות (אשר יכול למנוע את קריסת הרשת). שיטות שונות נחקרו להכנת ההידרוגלים, כגון פילמור תחליב, קופולימריזציה אניוני, crosslinking של רשתות פולימר שכנות, ופולימריזציה מיקרו פליטת הפוך 2 . פיסיקלית וכימית cross- המקשרים הם הציגו באמצעות שיטות אלה כדי להשיג הידרוגראל יציבה מבנית 1 , 3 . כימית crosslinking בדרך כלל דורש את ההשתתפות של הסוכן crosslinking, אשר מחבר את עמוד השדרה או הצד שרשרת של פולימרים. בהשוואה crosslinking כימיים, crosslinking פיזית היא בחירה טובה יותר fabr אידאטים הידראולי עקב הימנעות של סוכן crosslinking, שכן אלה סוכנים הם לעתים קרובות רעילים עבור יישומים מעשיים 4 . מספר גישות נבדקו לצורך סינתזה של הידרוג'ים צולבים פיזית, כמו crosslinking עם אינטראקציה יונית, התגבשות, מליטה בין בלוקים amphiphilic או השתלת על שרשראות פולימר, ואת מימן מליטה 4 , 5 , 6 , 7 .
פולימרים רגישים לגירוי, אשר יכולים לעבור שינויים קונפורמטיביים, כימיים או פיזיים בתגובה לתנאים סביבתיים שונים ( כלומר טמפרטורה, pH, אור, כוח יוני ושדה מגנטי), משכו לאחרונה תשומת לב כאל פלטפורמה פוטנציאלית למערכות שחרור מבוקרות , מתן תרופות, וטיפול בסרטן 8 , 9 ,Xperf הוא פולימר רגיש מבחינה תרמית, המכיל הן קבוצות הידרופיליות של אמיד והן קבוצות איזופרופיל הידרופובי, ויש לו טמפרטורת פתרון קריטי נמוכה יותר (LCST) 13. מליטה מימן בין קבוצות amide ו מולקולות מים מספק את הפיזור של PNIPAAm בתמיסה מימית בטמפרטורות נמוכות (מתחת LCST), בעוד מליטה מליטה בין שרשראות פולימריות מתרחשת בטמפרטורות גבוהות (מעל LCST) ולא כולל מים מולקולות, כך רשת הפולימר מתמוטט.על נכס ייחודי זה, דוחות רבים פורסמו להכנת הידרוגלים מופעלות על ידי טמפרטורה, עצמית על ידי התאמת יחס הידרופובי הידרופילי של אורך שרשרת פולימר, כגון קופולימריזציה, השתלת, או צד- שינוי שרשרת עבור התרופות14 , 15 , 16 , 17 .
חומרים מגנטיים כגון ברזל, קובלט, וניקל קיבלו גם תשומת לב מוגברת במהלך העשורים האחרונים עבור יישומים ביוכימיים 18 . בין המועמדים האלה, תחמוצת הברזל היא הנפוצה ביותר בגלל יציבותה ורעילותה הנמוכה. ננו בגודל ברזל תחמוצות מגיבים באופן מיידי לשדה המגנטי להתנהג כמו אטומים superparamagnetic. עם זאת, חלקיקים קטנים כאלה בקלות מצטברים; זה מפחית את האנרגיה על פני השטח, ולכן הם מאבדים את הפיזור שלהם. כדי לשפר את פיזור המים, השתלת או ציפוי כדי להגן על השכבה מוחלים בדרך כלל לא רק כדי להפריד כל חלקיק בודדים ליציבות, אלא גם כדי להמשיך פונקציונליזציה של אתר התגובה 19 .
כאן, אנו מפוברק PNIPAAm מגנטי מבוסס מיקרוג'לים לשמש נשאי סמים עבור מערכות שחרור מבוקר. תהליך הסינתזה מתואר ומוצג באיור 1 . במקום קופולימריזציה מסובכת ו crosslinking כימיים, רומן טמפרטורה- Induced תחליב של PNIPAAm ואחריו crosslinking פיזית הועסק להשגת microgels ללא חומרים פעילי שטח נוספים או crosslinking. זה הפשט את הסינתזה ומנע רעילות בלתי רצויה. במסגרת פרוטוקול הכנה פשוט כזה, המיקרו-סינתזה של סינתזה הציעה פיזור מים עבור חלקיקים מגנטיים של תחמוצת ברזל ותרופה הידרופובית, אנטי-סרטנית, כורכומין. FT-IR, TEM, והדמיה סיפקו ראיות של פיזור ו אנקפסולציה. בשל FE 3 מוטבע Fe 3- NH 2 , מיקרוסקלים מגנטיים הראו פוטנציאל לשמש מיקרו התקנים עבור שחרור מבוקר תחת HFMF.
Protocol
Representative Results
Discussion
השלבים החשובים ביותר של ההכנה הם בפרוטוקול סעיף 2, עבור סינתזה של microgels מגנטיים על ידי תחליב תרמו המושרה. כפי שניתן לראות בתרשים 2 (תמונות TEM), מבנה כדורית של microgels יכול להישמר ב RT (נמוך יותר LCST) בשל crosslinking פיזית הנובעת H- מליטה חזקה בין PNIPAAm (קבוצות amide), PEI (ק?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה כספית על ידי משרד המדע והטכנולוגיה של טייוואן (MOST 104-2221-E-131-010, MOST 105-2622-E-131-001-CC2), ונתמך באופן חלקי על ידי המכון למדעי האטום והמולקולה, אקדמיה סיניקה.
Materials
| Poly(N-isopropylacrylamide) | Polyscience, Inc | 21458-10 | Mw~40000 |
| (3-aminopropyl)trimethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 | > 99 % |
| Iron(II) chloride tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 44939 | 99% |
| Iron(III) chloride | Sigma-Aldrich | 157740 | 97% |
| Curcumin | Sigma-Aldrich | 00280590 | |
| Ammonia hydroxide | Fisher Chemical | A/3240/PB15 | 35% |
| Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | 806552 | pH 7.4, liquid, sterile-filtered |
| Polyethylenimine (PEI) | Sigma-Aldrich | P3143 | 50 % (w/v) in water |
| High-frequency magnetic field (HFMF) | Lantech Industrial Co., Ltd.,Taiwan | LT-15-80 | 15 kV, 50–100 kHz |
| Ultraviolet-Visible Spectrophotometry | Thermo Scientific Co. | Genesys | |
| Transmission electron microscopy (TEM) | JEM-2100 | JEOL | |
| Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) | PerkinElmer | Spectrum 100 | |
| Thermogravimetric analyzer | PerkinElmer | Pyris 1 | |
| Ultrasonic cell disruptor | Hielscher Ultrasonics | UP50H |
References
- Hennink, W. E., van Nostrum, C. F. Novel crosslinking methods to design hydrogels. Adv Drug Deliv Rev. 64, 223-236 (2012).
- Ma, L., Liu, M., Liu, H., Chen, J., Cui, D. In vitro cytotoxicity and drug release properties of pH- and temperature-sensitive core-shell hydrogel microspheres. Int J Pharm. 385 (1-2), 86-91 (2010).
- Dong, Y., et al. Incorporation of Gold Nanoparticles Within Thermoresponsive Microgel Particles: Effect of Crosslinking Density. J Nanosci Nanotechnol. 8 (12), 6283-6289 (2008).
- Sun, G., Zhang, X. Z., Chu, C. C. Effect of the molecular weight of polyethylene glycol (PEG) on the properties of chitosan-PEG-poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels. J Mater Sci Mater Med. 19 (8), 2865-2872 (2008).
- Sun, Y. -. M., Yu, C. -. W., Liang, H. -. C., Chen, J. -. P. Temperature-Sensitive Latex Particles for Immobilization of α-Amylase. Journal of Dispersion Science and Technology. 20 (3), 907-920 (1999).
- Chiang, P. R., et al. Thermosensitive hydrogel from oligopeptide-containing amphiphilic block copolymer: effect of peptide functional group on self-assembly and gelation behavior. Langmuir. 29 (51), 15981-15991 (2013).
- Okuzaki, H., Kobayashi, K., Yan, H. Thermo-Responsive Nanofiber Mats. Macromolecules. 42 (16), 5916-5918 (2009).
- Singh, N. K., Lee, D. S. In situ gelling pH- and temperature-sensitive biodegradable block copolymer hydrogels for drug delivery. J Control Release. 193, 214-227 (2014).
- Strehin, I., Nahas, Z., Arora, K., Nguyen, T., Elisseeff, J. A versatile pH sensitive chondroitin sulfate-PEG tissue adhesive and hydrogel. Biomaterials. 31 (10), 2788-2797 (2010).
- Gil, E., Hudson, S. Stimuli-reponsive polymers and their bioconjugates. Prog Polym Sci. 29 (12), 1173-1222 (2004).
- Hubbell, J. A. Hydrogel systems for barriers and local drug delivery in the control of wound healing. J Control Release. 39 (2-3), 305-313 (1996).
- Rapoport, N. Physical stimuli-responsive polymeric micelles for anti-cancer drug delivery. Prog Polym Sci. 32 (8-9), 962-990 (2007).
- Heskins, M., Guillet, J. E. Solution Properties of Poly(N-isopropylacrylamide). J Polym Sci A Polym Chem. 2 (8-9), 1441-1455 (1968).
- Chuang, C. -. Y., Don, T. -. M., Chiu, W. -. Y. Synthesis and properties of chitosan-based thermo- and pH-responsive nanoparticles and application in drug release. J Polym Sci A Polym Chem. 47 (11), 2798-2810 (2009).
- Lee, C. -. F., Lin, C. -. C., Chiu, W. -. Y. Thermosensitive and control release behavior of poly (N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) latex particles. J Polym Sci A Polym Chem. 46 (17), 5734-5741 (2008).
- Lee, C. -. F., Wen, C. -. J., Lin, C. -. L., Chiu, W. -. Y. Morphology and temperature responsiveness-swelling relationship of poly(N-isopropylamide-chitosan) copolymers and their application to drug release. J Polym Sci A Polym Chem. 42 (12), 3029-3037 (2004).
- Lin, C. L., Chiu, W. Y., Lee, C. F. Preparation of thermoresponsive core-shell copolymer latex with potential use in drug targeting. J Colloid Interface Sci. 290 (2), 397-405 (2005).
- Ma, T., et al. A novel method to in situ synthesis of magnetic poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) nanogels. Colloid Polym Sci. 294 (8), 1251-1257 (2016).
- Du, G. H., Liu, Z. L., Xia, X., Chu, Q., Zhang, S. M. Characterization and application of Fe3O4/SiO2 nanocomposites. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 39 (3), 285-291 (2006).
- Moroz, P., Jones, S. K., Gray, B. N. Magnetically mediated hyperthermia: current status and future directions. International Journal of Hyperthermia. 18 (4), 267-284 (2002).
- Silva-Buzanello, R. A., et al. Validation of an Ultraviolet-visible (UV-Vis) technique for the quantitative determination of curcumin in poly(l-lactic acid) nanoparticles. Food Chemistry. 172, 99-104 (2015).
- Kim, H. J., Jang, Y. P. Direct analysis of curcumin in turmeric by DART-MS. Phytochemical Analysis. 20 (5), 372-377 (2009).
- Horowitz, H. H., Metzger, G. A new analysis of thermogravimetric traces. Analytical Chemistry. 35 (10), 1464-1468 (1963).
- Smith, B. C. . Fourier transform infrared spectroscopy. , (1996).
- Williams, D. B., Carter, C. B. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , 3-17 (1996).
- Xie, Y., Sougrat, R., Nunes, S. P. Synthesis and characterization of polystyrene coated iron oxide nanoparticles and asymmetric assemblies by phase inversion. Journal of Applied Polymer Science. 132 (5), (2015).
