Растворимость гидрофобные соединений в водном растворе, с использованием комбинаций самостоятельной сборки пептиды и аминокислоты
Summary
Этот протокол описывает клинически применимые средства растворения гидрофобные соединений в водной среде, с использованием комбинаций самостоятельной сборки решения пептиды и аминокислоты. Наш метод устраняет ограничение основных гидрофобные терапии, которой не хватает безопасных, эффективных средств методов растворимости и доставки в клинических условиях.
Abstract
Самостоятельной сборки пептидов (ПСП), перспективных транспортных средств для доставки гидрофобные терапии для клинического применения; их свойства амфифильными позволяют им растворить гидрофобные соединений в водной среде человеческого тела. Однако, самостоятельной сборки пептид решения имеют плохой крови совместимости (например, низкой осмолярности), препятствуя их клинического применения посредством внутривенного администраций. Мы недавно разработали обобщенное платформу для доставки гидрофобный препарат, который сочетает в себе ПСП с решениями аминокислоты (SAP-AA) для повышения растворимости наркотиков и повышения осмолярности формулировки для достижения требований для клинического использования. Эта формулировка стратегия была тщательно протестирована в ходе трех структурно отличается гидрофобными соединений – РР2, rottlerin и куркумин – для того, чтобы продемонстрировать его универсальность. Кроме того мы изучили эффекты изменения компонентов рецептуры, анализируя 6 различных ПСП, 20 естественно существующих аминокислот при низких и высоких концентрациях и два разных совместно растворителей диметилсульфоксида (ДМСО) и этанола. Наша стратегия оказалась эффективной оптимизации компонентов для данного гидрофобный препарат и лечебные функции сформулированы ингибитора, РР2, было отмечено, в пробирке и в естественных условиях. Эта рукопись излагаются наши обобщенной формулировки метод, с помощью комбинации SAP-AA для гидрофобных соединений и анализа растворимости в качестве первого шага на пути к возможности использования этих формулировок в более функциональных исследований. Мы включить представителя растворимость результаты для разработки гидрофобные составные, куркумин и обсудить, как наша методология служит в качестве платформы для будущих биологических исследований и модели заболеванием.
Introduction
ПСП являются класс биоматериалов, которые были изучены широко, как 3D леса в регенеративной медицине1,2,3,4. Совсем недавно однако, они были вовлечены в качестве транспортных средств для доставки терапии из-за их уникальных биологических свойств5,6,,78. ПСП естественно собрать в стабильной наноструктур9, обеспечивая тем самым средства инкапсуляции наркотиков и защиты. ПСП являются амфифильными, состоящая из определенный шаблон повторяется гидрофильные и гидрофобные аминокислоты, вождение их самостоятельной сборки9,10 и позволяя им служить средством между гидрофобных и гидрофильных среды. Следовательно, для клинических доставки гидрофобные наркотиков –, которые имеют крайне низкий биодоступность и поглощения в организме из-за отсутствия растворимость в водной среде11,12 – ПСП являются многообещающими как доставки транспортное средство. Кроме того их последовательность шаблон также подразумевает, что ПСП можно рационально разработан и спроектирован для максимальной совместимости с любого данного препарата или соединения (т.е., на основе функциональных групп) и дальнейшего содействия растворимость.
ПСП применялись как эффективный препарат доставки в многих in vitro и in vivo параметры13,14,,1516. Они также показали большую безопасность и биосовместимостью. Однако из-за низкой осмолярности SAP-лекарственных препаратов, они не могут использоваться для внутривенных инъекций как клинические параметры13. Учитывая эту сдержанность, мы недавно разработали стратегию, которая сочетает в себе ПСП аминокислоты решения для снижения использования токсичных растворителей сотрудничества и повышение осмолярности формулировку и таким образом, клиническое значение. Мы решили использовать аминокислоты, как они являются строительными блоками ПСП, уже клинически принято, и в сочетании с ПСП, они увеличивают гидрофобный препарат растворимость в то время как сокращение объема SAP требуется17,18.
Мы изучили SAP-AA комбинации как обобщенная платформа для гидрофобный препарат растворимости и последующей доставки путем создания многоступенчатого отбора трубопровода и его применения к Src ингибитор, РР2, как модель гидрофобные соединение. В этом процессе мы исследовали эффект изменения компонентов рецептуры — в конечном итоге испытания 6 различных ПСП, все 20 аминокислот в 2 различных концентрациях (низкие и высокие; низкий на основе концентрации в существующих клинических приложений и высокая концентрации были 2 x, 3 x или 5 x клинических концентрации на основе максимальной растворимость каждого амино кислоты в воде) и 2 совместно Растворители разные – и выбранных комбинаций, которые солюбилизирован PP2 для дальнейшего анализа. Эта формулировка наркотиков оказалось эффективным как средство доставки наркотиков в культуре клеток, а также в естественных условиях модели с помощью администраций трахею и внутривенно. Кроме того, наша работа коснулся универсальность SAP-AA комбинаций в растворяющие несколько, структурно различные гидрофобные соединений в водной среде; в частности, препараты rottlerin и куркумин18. Эта рукопись излагается метод разработки SAP-AA и анализ куркумин растворимость в качестве примера основной шаг в нашем скрининг трубопровода. Этот протокол обеспечивает простой, воспроизводимые пути к экрану для оптимальных комбинаций SAP-AA, которые растворить любого заданного гидрофобные соединения.
Protocol
Representative Results
Discussion
В разработке процедуры существуют различные важные шаги и вопросы для рассмотрения в устранении неполадок. Во-первых как мы работаем с различными компонентами и концентрации, несколько шагов вихря на протяжении протокола обеспечить все концентрации единообразных и правильно. Некото?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа поддерживается канадской институты здравоохранения исследований, действующих грантов СС-42546 и СС-119514.
Materials
| EAK16-I | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: AEAKAEAKAEAKAEAK, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| EAK16-II | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: AEAEAKAKAEAEAKAK, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| EAK16-IV | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: AEAEAEAEAKAKAKAK, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| EFK8-II | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: FEFEFKFK, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| A6KE | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: AAAAAAKE, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| P6KE | CanPeptide Inc. | Custom peptide | Sequence: PPPPPPPKE, N-terminus acetylation and C-terminus amidation, >95% pure by HPLC |
| Alanine | Sigma-Aldrich | A7469-100G | L-Alanine |
| Isoleucine | Sigma-Aldrich | I7403-100G | L-Isoleucine |
| Leucine | Sigma-Aldrich | L8912-100G | L-Leucine |
| Methionine | Sigma-Aldrich | M5308-100G | L-Methionine |
| Proline | Sigma-Aldrich | P5607-100G | L-Proline |
| Valine | Sigma-Aldrich | V0513-100G | L-Valine |
| Phenylalanine | Sigma-Aldrich | P5482-100G | L-Phenylalanine |
| Tryptophan | Sigma-Aldrich | T8941-100G | L-Tryptophan |
| Tyrosine | Sigma-Aldrich | T8566-100G | L-Tyrosine |
| Glycine | Sigma-Aldrich | G8790-100G | L-Glycine |
| Asparagine | Sigma-Aldrich | A4159-100G | L-Asparagine |
| Glutamine | Sigma-Aldrich | G8540-100G | L-Glutamine |
| Serine | Sigma-Aldrich | A7219-100G | L-Serine |
| Threonine | Sigma-Aldrich | T8441-100G | L-Threonine |
| Histidine | Sigma-Aldrich | H6034-100G | L-Histidine |
| Lysine | Sigma-Aldrich | L5501-100G | L-Lysine |
| Arginine | Sigma-Aldrich | A8094-100G | L-Arginine |
| Aspartic Acid | Sigma-Aldrich | A7219-100G | L-Aspartic Acid |
| Glutamic Acid | Sigma-Aldrich | G8415-100G | L-Glutamic Acid |
| Cysteine | Sigma-Aldrich | C7352-100G | L-Cysteine |
| Dimethyl Sulfoxide | Sigma-Aldrich | D4540-500ML | DMSO |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 277649-100ML | Anhydrous |
| Curcumin | Sigma-Aldrich | 08511-10MG | Hydrophobic drug, curcumin |
| Rottlerin | EMD Millipore | 557370-10MG | Hydrophobic drug, rottlerin |
| PP2 | Enzo | BML-EI297-0001 | Hydrophobic drug, PP2 |
| Scintillation Vials | VWR | 2650-66022-081 | Borosilicate Glass, with Screw Cap, 20 mL. Vials for weighing peptide. |
| Falcon 50 mL Conical Centrifugation Tubes | VWR | 352070 | Polypropylene, Sterile, 50 mL. For amino acid solutions. |
References
- Holmes, T. C., de Lacalle, S., Su, X., Liu, G., Rich, A., Zhang, S. Extensive neurite outgrowth and active synapse formation on self-assembling peptide scaffolds. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 97 (12), 6728-6733 (2000).
- Davis, M. E., Motion, J. P. M., et al. Injectable self-assembling peptide nanofibers create intramyocardial microenvironments for endothelial cells. Circulation. 111 (4), 442-450 (2005).
- Matson, J. B., Stupp, S. I. Self-assembling peptide scaffolds for regenerative medicine. Chem. Commun. 48 (1), 26-33 (2012).
- Tatman, P. D., Muhonen, E. G., Wickers, S. T., Gee, A. O., Kim, E., Kim, D. Self-assembling peptides for stem cell and tissue engineering. Biomater. Sci. 4 (4), 543-554 (2016).
- Keyes-Baig, C., Duhamel, J., Fung, S. -. Y., Bezaire, J., Chen, P. Self-assembling peptide as a potential carrier of hydrophobic compounds. J. Am. Chem. Soc. 126 (24), 7522-7532 (2004).
- Kumar, P., Pillay, V., Modi, G., Choonara, Y. E., du Toit, L. C., Naidoo, D. Self-assembling peptides: implications for patenting in drug delivery and tissue engineering. Recent Pat. Drug Deliv. Formul. 5 (1), 24-51 (2011).
- Wang, H., Yang, Z. Short-peptide-based molecular hydrogels: novel gelation strategies and applications for tissue engineering and drug delivery. Nanoscale. 4, 5259-5267 (2012).
- French, K. M., Somasuntharam, I., Davis, M. E. Self-assembling peptide-based delivery of therapeutics for myocardial infarction. Adv. Drug Deliv. Rev. 96, 40-53 (2016).
- Zhang, S., Holmes, T., Lockshin, C., Rich, A. Spontaneous assembly of a self-complementary oligopeptide to form a stable macroscopic membrane. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 90 (8), 3334-3338 (1993).
- Bowerman, C. J., Nilsson, B. L. Self-assembly of amphipathic β-sheet peptides: insights and applications. Biopolymers. 98 (3), 169-184 (2012).
- Amidon, G., Lennernäs, H., Shah, V., Crison, J. A theoretical basis for a biopharmaceutic drug classification: the correlation of in vitro drug product dissolution and in vivo bioavailability. Pharm. Res. 12 (3), 413-420 (1995).
- Shi, Y., Porter, W., Merdan, T., Li, L. C. Recent advances in intravenous delivery of poorly water-soluble compounds. Expert Opin. Drug Deliv. 6 (12), 1261-1282 (2009).
- Bawa, R., Fung, S. -. Y., et al. Self-assembling peptide-based nanoparticles enhance cellular delivery of the hydrophobic anticancer drug ellipticine through caveolae-dependent endocytosis. Nanomedicine. 8 (5), 647-654 (2012).
- Liu, J., Zhang, L., Yang, Z., Zhao, X. Controlled release of paclitaxel from a self-assembling peptide hydrogel formed in situ and antitumor study in vitro. Int. J. Nanomed. 6, 2143-2153 (2011).
- Wu, Y., Sadatmousavi, P., Wang, R., Lu, S., Yuan, Y., Chen, P. Self-assembling peptide-based nanoparticles enhance anticancer effect of ellipticine in vitro and in vivo. Int. J. Nanomed. 7, 3221-3233 (2012).
- Fung, S. Y., Yang, H., et al. Self-Assembling Peptide as a Potential Carrier for Hydrophobic Anticancer Drug Ellipticine: Complexation, Release and In Vitro Delivery. Adv. Funct. Mater. 19 (1), 74-83 (2009).
- Fung, S. -. Y., Oyaizu, T., et al. The potential of nanoscale combinations of self-assembling peptides and amino acids of the Src tyrosine kinase inhibitor in acute lung injury therapy. Biomaterials. 32 (16), 4000-4008 (2011).
- Pacheco, S., Kanou, T., et al. Formulation of hydrophobic therapeutics with self-assembling peptide and amino acid: A new platform for intravenous drug delivery. J. Control. Release. 239, 211-222 (2016).
