Opptak av nye Lipid-belagt nanopartikler som inneholder Falcarindiol av menneskelige stamceller
Summary
Denne artikkelen beskriver innkapsling av falcarindiol i lipid-belagt 74 nm nanopartikler. Mobilnettet opptaket av nanopartikler av menneskelige stamceller i lipid dråper overvåkes av fluorescerende og AC confocal bildebehandling. Nanopartikler fremstille av rask injeksjon metoden løsemiddel skiftende, og deres størrelse måles med dynamisk lysspredning teknikken.
Abstract
Nanopartikler er fokus for en økt interesse narkotika leveringssystemer for kreft terapi. Lipid-belagt nanopartikler er inspirert i struktur og størrelse av low-density lipoproteiner (LDLs) fordi kreftceller har økt behov for kolesterol til spredning, og dette har blitt utnyttet som en mekanisme for å levere anticancer narkotika til kreft celler. Videre, avhengig av narkotika kjemi, innkapsle stoffet kan være fordelaktig å unngå nedbrytning av stoffet i sirkulasjon i vivo. Derfor, i denne studien denne designen brukes å dikte lipid-belagt nanopartikler av anticancer narkotika falcarindiol, gir en potensiell ny levering system av falcarindiol for å stabilisere sin kjemiske struktur mot nedbrytning og forbedre sin opptak av svulster. Falcarindiol nanopartikler, ble med en phospholipid og kolesterol monolayer innkapsle renset narkotika kjernen av partikkelen, utformet. Lipid monolayer belegget består av 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC), kolesterol (Chol) og 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE pinne 2000) sammen med den selvlysende fargen etiketten DiI (molar prosenter av 43:50:5:2). Nanopartikler fremstille bruker rask injeksjon metoden, som er en rask og enkel teknikk for å utløse nanopartikler av god-løsningsmiddel for anti-løsemiddel exchange. Det består av en rask injeksjon av en etanol løsning som inneholder hydrogenion komponentene i en vandige fasen. Størrelsen på fluorescerende nanopartikler måles med dynamisk lysspredning (DLS) på 74,1 ± 6,7 nm. Opptaket av nanopartikler er testet i menneskelig mesenchymal stamceller (hMSCs) og fotografert fluorescens og AC confocal mikroskopi. Opptaket av nanopartikler er observert i hMSCs, noe som tyder på muligheten for slik en stabil stoffet levering system for falcarindiol.
Introduction
Lipid-belagt nanopartikler ser en økt interesse om deres funksjon som narkotika leveringssystemer for kreft terapi1. Kreft har en endret lipid-metabolsk reprogramming2 og økt behov for kolesterol å spre3. De overexpress LDLs1 og ta i mer LDLs enn normale celler, i den grad at en kreftpasient LDL teller kan selv gå ned4. LDL opptak fremmer aggressiv fenotyper5 resulterer i spredning og invasjonen i bryst kreft6. En overflod av LDL reseptorer (LDLRs) er en prognostiske indikator for metastatisk potensial7. Inspirert av LDL og dens opptak av kreftceller, en ny strategi har blitt kalt: gjøre stoffet ligne krefts mat8. Dermed disse nye hydrogenion stoffet levering design8,9,10 har blitt inspirert av kjerne – og lipid-stabilisert utformingen av den naturlige LDLs11 som en mekanisme for å levere anticancer narkotika til kreftceller. Denne passiv målretting levering system støtter ESP, spesielt, hydrofobe narkotika, som er vanligvis gitt i oral dosering form, men gir bare en liten mengde narkotika i blodet, så begrenser deres forventede effekt12. Med stealth liposomer13, en polyetylenglykol (PEG) belegg bidrar til å redusere noen immunologiske respons og utvider sirkulasjonen i blodet for optimal svulst opptak av den påståtte forbedret gjennomtrengning og oppbevaring (EPR) effekt 14 , 15. men i tillegg til, i noen tilfeller, ustabilitet i sirkulasjon og uønsket distribusjon i systemet16, noen hindringer uløst, for eksempel hvordan og i hvilken grad slik nanopartikler er tatt av celler og hva er deres intracellulær skjebne. Det er her at dette papiret adressene hydrogenion opptaket av en bestemt hydrofobe anticancer narkotika falcarindiol, med AC confocal og epifluorescence imaging teknikker.
Målet med undersøkelsen er å dikte lipid-belagt nanopartikler av falcarindiol og studere deres intracellulær opptak i hMSCs. Dermed, potensielt stabilisere administrasjonen, overvinne utfordringene som er tilknyttet leveringen og forbedre biotilgjengeligheten. Dermed vurdere en ny levering system for denne anticancer narkotika. Tidligere har falcarindiol blitt administrert muntlig via en høy konsentrasjon renset falcarindiol som en food supplement17. Det er imidlertid behovet for en mer strukturert tilnærming til å levere dette lovende stoffet. Derfor ble falcarindiol nanopartikler, med phospholipid og kolesterol innkapsle monolayer med renset stoffet utgjør kjernen i partikkelen, utformet. Rask injeksjon metoden løsemiddel skiftende, som nylig utviklet av Needham et al. 8, brukes i denne studien for å kapsle polyacetylene falcarindiol.
Metoden har tidligere blitt brukt til fabrikasjon av lipid nanopartikler å kapsle diagnostic imaging agenter18,19, samt teste molekyler (triolein)27 og narkotika (orlistat, niclosamide stearate)8 ,27,28. Det er en relativt enkel teknikk når de utføres med høyre molekyler. Den danner nanosized partikler, på grensen av deres kritisk nucleation (~ 20 nm diameter), av svært uløselig hydrofobe solutes oppløst i en polar løsemiddel. Løsemiddel utveksling gjøres ved en rask injeksjon av organisk løsningen i et overskudd av antisolvent (vanligvis en vandige fasen i en 1:9 organisk: vandig volumkontrollen)20,21.
Kompositoriske utformingen av nanopartikler gi opphav til flere fordeler. DSPC:Chol komponentene gir et svært stramt, nesten ugjennomtrengelig, biokompatible og biologisk nedbrytbart monolayer. PINNEN gir en sterically stabiliserende grensesnitt som fungerer som et skjold fra opsonization av immunsystemet, bremse noen opptak av reticuloendothelial system (lever og milt) og beskytte mot mononukleære phagocyte systemet, hindrer deres oppbevaring og nedbrytning av immunsystemet, og derfor økende opplaget pause i blod22. Dette gjør partikler å sirkulere før de extravasate på syke områder, for eksempel svulster, der det vaskulære systemet er lekk, tillater EPR-effekt å gi opphav til passiv opphopning av partikler. I tillegg gjør lipid pelsen det mulig å ha bedre kontroll over nanopartikler størrelse av kinetically overlapping kjernen på sin kritiske kjernen dimensjon27,28. Lipider indusere ulike overflateegenskaper (inkludert peptid målretting, som ennå ikke var tilgjengelig for dette prosjektet), en ren narkotika kjerne og en lav polydispersity22,27,28. Metoden som brukes for partikkel størrelse analyse er DLS, en teknikk som tillater forskere å måle størrelsen på et stort antall partikler samtidig. Imidlertid kan denne metoden bias målene til større størrelser, hvis nanopartikler ikke monodispersed23. Dette problemet vurderes med lipid pelsen også. Flere detaljer om disse grunnleggende design og måling av alle kjennetegn er gitt i andre publikasjoner27,28.
Stoffet innkapslet i nanopartikler er falcarindiol, en kosttilskudd polyacetylene finnes i planter fra Skjermplantefamilien familien. Det er en Sekundær metabolitt fra alifatisk C17polyacetylenes typen har blitt funnet for å vise helsefremmende effekter, inkludert anti-inflammatorisk aktivitet, antibakteriell effekt og cytotoksisitet mot en rekke kreftcelle linjer. Dens høy reaktivitet gjelder sin evne til å samhandle med forskjellige biomolecules, som en svært reaktive alkylating partsrepresentant mot mercapto og amino grupper24. Falcarindiol har tidligere vist seg å redusere antall neoplastic lesjoner i kolon17,25, selv om de biologiske mekanismene er fortsatt ukjent. Men er det tanken på at det fungerer sammen med biomolecules som NF-κB, COX1, COX-2, og cytokiner, hemme svulst progresjon og celle spredning prosessene, fører til arrestere celle syklusen, endoplasmatiske retikulum (ER) stress og apoptose 17,26 i kreftcellene. Falcarindiol brukes i denne studien som et eksempel anticancer narkotika pga anticancer potensial og mekanisme blir undersøkt for øyeblikket, og fordi den viser lovende anticancer effekter. Mobilnettet opptaket av nanopartikler er testet i hMSCs og avbildet med epifluorescence og AC confocal mikroskopi. Denne cellen type ble valgt på grunn av sin store størrelse, noe som gjør dem ideelle for mikroskopi.
Protocol
Representative Results
Discussion
En detaljert protokoll for fabrikasjon lipid-belagt nanopartikler for narkotika-leveranser med enkel, rask, reproduserbare og skalerbar rask injeksjon metoden av løsemiddel skiftende ble fulgt27,28 og presenteres i dette papiret, som brukt på falcarindiol. Kontroll av hastigheten av injeksjon av organisk fasen i vandige fasen og bruker belegg lipider i riktig konsentrasjoner til coat falcarindiol kjernen, kan partikkel i sub-100 nm området hente vellykket. Mul…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Dr. Moustapha Kassem (universitetssykehus i Odense, Danmark) for de menneskelige stamcellene. Forfatterne takker dansk medisinsk Bioimaging senter for tilgang til sine mikroskoper. Forfatterne takker Carlsberg og Villum grunnlaget for økonomisk støtte (til E.A.C.). Forfatterne bekrefter økonomisk støtte fra Niels Bohr professorat prisen fra dansk National Research Foundation.
Materials
| 12 mL Screw Neck Vial (Clear glass, 15-425 thread, 66 X 18.5 mm) | Microlab Aarhus A/S | ML 33154LP | |
| 6 well plates | Greiner Bio One International GmbH | 657160 | |
| Absolute Ethanol | EMD Millipore (VWR) | EM8.18760.1000 | |
| Chloroform | Rathburn Chemicals Ltd. | RH1009 | |
| Cholesterol | Avanti Polar Lipids, Inc. | 700000P | |
| Confocal Microscope | Zeiss LSM510 | ||
| Cover Slips thickness #1.5 | Paul Marienfeld GmbH & Co | 117650 | |
| Desiccator | Self-build | ||
| DiI | Invitrogen | D282 | |
| DLS | Beckman Coulter | DelsaMAXpro 3167-DMP | |
| DSPC (Chloroform stock) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 850365C | |
| DSPE PEG 2000 (Chloroform stock) | Avanti Polar Lipids, Inc. | 880120C | |
| eVol XR | SGE analytical science, Trajan Scientific Australia Pty Ltd. | 2910200 | |
| Fetal Bovine serum | Gibco | 10270-106 | |
| Fluorescence Miccroscope | Olymous IX81 | With Manual TIRF and Andor iXon EMCCD | |
| Incubator | Panasonic | MCO-18AC | |
| Magnetic flea | VWR Chemicals | 15 x 4.5 mm | Cylindrical shape with PTFE coating |
| Magnetic stirrer | IKA | RT-10 | |
| Minimum Essential Media | Gibco | 32561-029 | |
| PBS tablets for cell culture | VWR Chemicals | 97062-732 | |
| Pen/strep | VWR Chemicals | 97063-708 | |
| Phosphate Buffer Saline (PBS, pH 7.4) | Thermo Fisher | 10010031 | |
| Rotary Evaporator | Rotavapor, Büchi Labortechnik AG | R-210 | |
| Sample concentrator | Stuart, Cole-Parmer Instrument Company, LLC | SBHCONC/1 |
References
- Firestone, R. A. Low-Density Lipoprotein as a Vehicle for Targeting Antitumor Compounds to Cancer Cells. Bioconjugate Chemistry. 5 (2), 105-113 (1994).
- Beloribi-Djefaflia, S., Vasseur, S., Guillaumond, F. Lipid metabolic reprogramming in cancer cells. Oncogenesis. 5 (1), 189 (2016).
- Xin, Y., Yin, M., Zhao, L., Meng, F., Luo, L. Recent progress on nanoparticle-based drug delivery systems for cancer therapy. Cancer Biology & Medicine. 14 (3), 228 (2017).
- Merriel, S. W. D., Carroll, R., Hamilton, F., Hamilton, W. Association between unexplained hypoalbuminaemia and new cancer diagnoses in UK primary care patients. Family Practice. 33 (5), 449-452 (2016).
- Yue, S., et al. Cholesteryl ester accumulation induced by PTEN loss and PI3K/AKT activation underlies human prostate cancer aggressiveness. Cell Metabolism. 19 (3), 393-406 (2014).
- dos Santos, R., et al. LDL-cholesterol signaling induces breast cancer proliferation and invasion. Lipids in Health and Disease. 13 (16), (2014).
- Gallagher, E. J., et al. Elevated tumor LDLR expression accelerates LDL cholesterol-mediated breast cancer growth in mouse models of hyperlipidemia HHS Public Access. Oncogene. 36 (46), 6462-6471 (2017).
- Needham, D., et al. Bottom up design of nanoparticles for anti-cancer diapeutics: “put the drug in the cancer’s food”. Journal of Drug Targeting. 24 (9), 836-856 (2016).
- Lacko, A. G., Mconnathy, W. J. Targeted cancer chemotherapy using synthetic nanoparticles. United States Patent Application Publication. , (2009).
- Nikanjam, M., Gibbs, A. R., Hunt, C. A., Budinger, T. F., Forte, T. M. Synthetic nano-LDL with paclitaxel oleate as a targeted drug delivery vehicle for glioblastoma multiforme. Journal of Controlled Release. 124 (3), 163-171 (2007).
- Teerlink, T., Scheffer, P. G., Bakker, S. J. L., Heine, R. J. Combined data from LDL composition and size measurement are compatible with a discoid particle shape. Journal of Lipid Research. 45 (5), 954-966 (2004).
- Schweizer, M. T., et al. A phase I study of niclosamide in combination with enzalutamide in men with castration-resistant prostate cancer. PLoS ONE. 13 (8), 0202709 (2018).
- Allen, T. M., Hansen, C. Pharmacokinetics of stealth versus conventional liposomes: effect of dose. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes. 1068 (2), 133-141 (1991).
- Maeda, H. The Enhanced Permeability and Retention (EPR) Effect in Tumor Vasculature: The Key Role of Tumor-Selective Macromolecular Drug Targeting. Advances in Enzyme Regulation. 41 (1), 189-207 (2001).
- Wong, A. D., Ye, M., Ulmschneider, M. B., Searson, P. C. Quantitative Analysis of the Enhanced Permeation and Retention (EPR) Effect. PLoS ONE. 10 (5), 0123461 (2015).
- Khodabandehloo, H., Zahednasab, H., Hafez, A. A. Nanocarriers Usage for Drug Delivery in Cancer Therapy. Iranian Journal of Psychiatry and Behavioral Sciences. 9 (2), (2016).
- Kobaek-Larsen, M., El-Houri, R. B., Christensen, L. P., Al-Najami, I., Fretté, X., Baatrup, G. Dietary polyacetylenes, falcarinol and falcarindiol, isolated from carrots prevents the formation of neoplastic lesions in the colon of azoxymethane-induced rats. Food & Function. 8, 964-974 (2017).
- Hervella, P., Parra, E., Needham, D. Encapsulation and retention of chelated-copper inside hydrophobic nanoparticles: Liquid cored nanoparticles show better retention than a solid core formulation. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 102, 64-76 (2016).
- Hervella, P., et al. Chelation, formulation, encapsulation, retention, and in vivo biodistribution of hydrophobic nanoparticles labelled with 57Co-porphyrin: Octyl Amine ensures stable chelation of cobalt in Liquid Nanoparticles that accumulate in tumors. Journal of Controlled Release. , (2018).
- Zhigaltsev, I. V., et al. Bottom-up design and synthesis of limit size lipid nanoparticle systems with aqueous and triglyceride cores using millisecond microfluidic mixing. Langmuir. 28 (7), 3633-3640 (2012).
- Aubry, J., Ganachaud, F., Cohen Addad, J. -. P., Cabane, B. Nanoprecipitation of Polymethylmethacrylate by Solvent Shifting:1 Boundaries. Langmuir. 25 (4), 1970-1979 (2009).
- Karnik, R., et al. Microfluidic Platform for Controlled Synthesis of Polymeric Nanoparticles. Nano Letters. 8 (9), 2906-2912 (2008).
- Gaumet, M., Vargas, A., Gurny, R., Delie, F. Nanoparticles for drug delivery: The need for precision in reporting particle size parameters. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 69 (1), 1-9 (2018).
- Christensen, L. P., Brandt, K. Bioactive polyacetylenes in food plants of the Apiaceae family: Occurrence, bioactivity and analysis. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 41 (3), 683-693 (2016).
- Kobaek-Larsen, M., Christensen, L. P., Vach, W., Ritskes-Hoitinga, J., Brandt, K. Inhibitory Effects of Feeding with Carrots or (-) -Falcarinol on Development of Azoxymethane-Induced Preneoplastic Lesions in the Rat Colon. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 53, 1823-1827 (2005).
- Jin, H. R., et al. The antitumor natural compound falcarindiol promotes cancer cell death by inducing endoplasmic reticulum stress. CellDeath & Disease. 3, 1-9 (2012).
- Walke, P. Physico-Chemical Parameters of Nanoparticles that Govern Prodrug Design and Application in Anticancer Nanomedicine in Physics, Chemistry, Pharmacy. University of Southern Denmark (SDU). , (2018).
- Walke, P. B., Hervella, P., Needham, D. Lipid-Coated Stealth Nanoparticles of Novel Hydrophobic Prodrug, Niclosamide Stearate, as Cancer Therapeutic: Formulation and Physico-Chemical Characterization of Nanoparticles. 6th International Pharmaceutical Federation Pharmaceutical Sciences World Congress. , (2017).
