Nanosponge Tunability i storlek och Crosslinking täthet
Summary
Den här artikeln beskrivs en process för tuning storlek och crosslinking tätheten av kovalent tvärbunden nanopartiklar från linjär polyester innehållande hänge funktionalitet. Genom att skräddarsy syntes parametrar (polymer molekylvikt, hänge funktionalitet införlivande och crosslinker medel), kan en önskad nanopartiklar storlek och crosslinking täthet uppnås för leverans läkemedelsansökningar.
Abstract
Vi beskriver ett protokoll för syntesen av linjär polyester innehållande hänge epoxihartser funktionalitet och deras införlivande i en nanosponge med kontrollerad dimensioner. Denna strategi börjar med syntesen av en functionalized lakton som är nyckeln till hänge funktionalisering av resulterande polymeren. Valerolactone (VL) och allyl-valerolactone (AVL) är sedan copolymerized med ringa-öppning polymerisation. Efter polymerisation modifiering används för att installera en Epoxid biexponentiellt på några eller alla hänge allyl grupper. Epoxi-Amin kemi är anställd för formuläret nanopartiklar i en utspädd lösning av både polymer- och småmolekylära diamine crosslinker baserat på önskad nanosponge storlek och crosslinking tätheten. Nanosponge storlekar kan karakteriseras av överföring elektronmikroskopi (TEM) imaging för att bestämma dimensionen och fördelning. Denna metod ger en väg som mycket avstämbara polyestrar kan skapa avstämbara nanopartiklar, som kan användas för småmolekylära läkemedel inkapsling. På grund av ryggraden är dessa partiklar hydrolytically och enzymatiskt nedbrytbara för en kontrollerad frisättning av ett brett utbud av hydrofoba små molekyler.
Introduction
Just tuning storlek och crosslinking tätheten av nanopartiklar utifrån intermolekylära crosslinking är av stor betydelse att påverka och styra drogen frige profilen för dessa nanosystem1. Designa nanosponge tunability, dvsförbereder sig partiklar av olika nätverk tätheter, är beroende av funktionen hänge av föregångare polymeren och motsvarigheterna av den hydrofila crosslinker införlivas. I denna strategi är koncentrationen av föregångare och crosslinker i lösningsmedlet viktigt att formuläret nanopartiklar av en diskret storlek snarare än en bulk-gel. Utnyttja kvantitativa kärnmagnetisk resonansspektroskopi (NMR) som en karakterisering teknik möjliggör exakt bestämning av bolagiserade hänge funktionalitet och polymer molekylvikt. När nanopartiklar bildas, kan de vara koncentrerad och solubilized i organics utan har karaktären av en nanogel.
Senaste arbete i nanopartiklar drogen leverans har fokuserat på användningen av poly (mjölksyra-co-glykolsyra) (PLGA) själv monterade nanopartiklar2,3,4,5,6. PLGA har nedbrytbara ester kopplingar som gör den lämplig för drug delivery applikationer och kombineras ofta med poly(ethylene glycol) (PEG) på grund av dess stealth egenskaper7. Dock själv monterade pågrund av PLGA partikelbildning, kan inte partiklarna vara solubilized i organics för ytterligare funktionalisering. I motsats till PLGA nanopartiklar ger föreslagna metoden kovalent crosslinking bildar en nanopartikel med definierade storlekar och morfologi, som är stabil i organics och försämra i vattenlösningar1. Fördelarna med denna metod är möjligheten att ytterligare kemiskt functionalize ytan av den nanosponge8, och dess stabilitet i organiska lösningsmedel kan användas för efter lastning av partiklarna med läkemedelssubstanser1,9. Med den här metoden kan inkapsling av hydrofoba små molekyler uppnås genom utfällning i vattenhaltigt medium. Den vattenavvisande egenskaper polyester stamnätets tillsammans med den hydrofila kort crosslinker ger dessa partiklar en amorf karaktär vid kroppstemperatur. Dessutom efter drogen lastning, kan partikeln bilda fina suspensioner i vattenmedium vara lätt injiceras i vivo. Det är vårt mål i detta arbete att utvärdera parametrar för syntesen av dessa polyester nanosponges och bestämma de som är livsviktiga för konstruktion och kontroll av storlek och morfologi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Att erhålla reproducerbara nanosponge storlekar är mycket viktigt leverans läkemedelsansökningar. Flera parametrar i polymerisation och nanosponge syntes påverkar den resulterande partikeln storlek och crosslink densitet. Tre viktiga parametrar identifierades i vår analys: polymer molekylvikt, epoxihartser hänge funktionalitet och crosslinker medel. För att producera en rad molekylvikter och epoxihartser funktioner för nanosponge syntes, måste stökiometri av den VL –co –AVL sampolymer ändras. Koncent…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LK är tacksam för finansiering från National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (DGE-1445197) och Vanderbilt University kemi Institutionen. LK och EH vill tacka finansieringen för Osiris TEM instrumentet (NSF EPS 1004083).
Materials
| 2,2'-(Ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | 385506-100ML | |
| 3-methyl-1-butanol | Sigma-Aldrich | 309435-100ML | anhydrous, ≥99% |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 179124-4L | |
| Allyl bromide | Sigma-Aldrich | A29585-5G | ≥99% |
| Ammonium chloride | Fisher Scientific | A661-500 | saturated solution in DI water |
| Cell culture water | Sigma-Aldrich | W3500-500ML | Filtered through 0.45 μm syringe filter |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | anhydrous, ≥99%, contains 40-150 ppm amylene as stabilizer |
| Ethyl Acetate | Fisher Scientific | E145SK-4 | |
| EZFlow 0.2 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-2116-OEM | Hydrophillic PTFE, 13 mm |
| EZFlow 0.45 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-3126-OEM | Hydrophillic PTFE, 25 mm |
| Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Test Tubes with Plain End | Fisher Scientific | 14-961-31 | |
| Fisherbrand Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-666-318 | 1.5 mL |
| Hamilton Microliter Syringe, 100 μL | Hamilton Company | 80600 | Model 710 N SYR, Cemented NDL, 22s ga, 2 in, point style 2 |
| Hexamethylphosphoramide | Sigma-Aldrich | H11602-100G | ≥99%, contains ≤1000 ppm propylene oxide as stabilizer |
| Hexanes | Fisher Scientific | H292-4 | |
| Magnesium sulfate anhydrous | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Meta-chloroperoxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | 273031-100G | Purified to ≥99% by buffer wash |
| Methanol (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415-100ML | anhydrous, ≥99% |
| N-butyllithium solution | Sigma-Aldrich | 230707-100ML | 2.5 M in hexanes |
| N,N-diisopropylethylamine | Sigma-Aldrich | 550043-500ML | ≥99% |
| Parafilm M | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| PELCO Pro Reverse (Self-Closing) Tweezers | Ted Pella, Inc. | 5375-NM | |
| Phosphotungstic acid hydrate | Alfa Aesar | 40116 | |
| Q55 Sonicator | Qsonica | Q55-110 | 55 Watts, 20 kHz |
| SiliaMetS Cysteine | Silicycle | R80530B-10g | |
| SnakeSkin Dialysis Clips | Thermo Scientific | 68011 | |
| SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO | Thermo Scientific | 68100 | |
| Sodium bicarbonate | Fisher Scientific | 5233-500 | saturated solution in DI water |
| TEM grid | Ted Pella, Inc. | 01822-F | Ultrathin Carbon Type-A, 400 mesh, Copper, approx. grid hole size: 42µm |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 401757-1L | Anhydrous, ≥99.9%, inhibitor-free |
| Tin(II) trifluoromethanesulfonate | Sigma-Aldrich | 388122-1G | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Whatman Filter Paper, Grade 1 | Fisher Scientific | 09-805H | Circles, 185 mm |
| δ-valerolactone | Sigma-Aldrich | 389579-100ML | Purified by vacuum distillation |
References
- van der Ende, A. E., Sathiyakumar, V., Diaz, R., Hallahan, D. E., Harth, E. Linear release nanoparticle devices for advanced targeted cancer therapies with increased efficacy. Polym Chem. 1 (1), 93 (2010).
- Sharma, S., Parmar, A., Kori, S., Sandhir, R. PLGA-based nanoparticles: A new paradigm in biomedical applications. Trends Anal Chem. 80, 30-40 (2016).
- Cao, L. B., Zeng, S., Zhao, W. Highly Stable PEGylated Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Nanoparticles for the Effective Delivery of Docetaxel in Prostate Cancers. Nanoscale Res Lett. 11 (1), 305 (2016).
- Chelopo, M. P., Kalombo, L., Wesley-Smith, J., Grobler, A., Hayeshi, R. The fabrication and characterization of a PLGA nanoparticle-Pheroid® combined drug delivery system. J Mater Sci. 52 (6), 3133-3145 (2016).
- Guan, Q., et al. Preparation, in vitro and in vivo evaluation of mPEG-PLGA nanoparticles co-loaded with syringopicroside and hydroxytyrosol. J Mater Sci Mater Med. 27 (2), 24 (2016).
- Cannava, C., et al. Nanospheres based on PLGA/amphiphilic cyclodextrin assemblies as potential enhancers of Methylene Blue neuroprotective effect. RSC Adv. 6, 16720-16729 (2016).
- Locatelli, E., Franchini, M. C. Biodegradable PLGA-b-PEG polymeric nanoparticles: synthesis, properties, and nanomedical applications as drug delivery system. J Nanopart Res. 14 (12), (2012).
- van der Ende, A. E., Croce, T., Hamilton, S., Sathiyakumar, V., Harth, E. M. Tailored polyester nanoparticles: post-modification with dendritic transporter and targeting units via reductive amination and thiol-ene chemistry. Soft Matter. 5 (7), 1417 (2009).
- Lockhart, J. N., Stevens, D. M., Beezer, D. B., Kravitz, A., Harth, E. M. Dual drug delivery of tamoxifen and quercetin: Regulated metabolism for anticancer treatment with nanosponges. J Control Release. 220 (Pt. B), 751-757 (2015).
- Shriner, R. L., Hermann, C. K. F., Morrill, T. C., Curtin, D. Y., Fuson, R. C. . The Systematic Identification of Organic Compounds. , (2004).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1987).
- Williams, D. B., Barry Carter, C. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).
- van der Ende, A. E., Kravitz, E. J., Harth, E. M. Approach to Formation of Multifunctional Polyester Particles in Controlled Nanoscopic Dimensions. J Am Chem. Soc. 130 (27), 8706-8713 (2008).
- Stevens, D. M., Watson, H. A., LeBlanc, M. A., Wang, R. Y., Chou, J., Bauer, W. S., Harth, E. M. Practical polymerization of functionalized lactones and carbonates with Sn(OTf)2 in metal catalysed ring- opening polymerization methods. Polym Chem. 4, 2470-2474 (2013).
