Absorption de nouvelles nanoparticules lipides enduit contenant Falcarindiol par des cellules souches mésenchymateuses humaines
Summary
Cet article décrit l’encapsulation de falcarindiol en lipides enduit 74 nm nanoparticules. L’assimilation de nanoparticules par des cellules souches humaines en gouttelettes lipidiques est surveillée par imagerie de fluorescence et confocale. Nanoparticules sont fabriqués par la méthode de l’injection rapide du solvant en déplacement, et leur taille est mesurée par la technique de diffusion dynamique de la lumière.
Abstract
Nanoparticules font l’objet d’un intérêt accru pour les systèmes de délivrance de médicaments pour le traitement du cancer. Nanoparticules de lipides enduit sont inspirent dans la structure et la taille des lipoprotéines de basse densité (LDL) parce que les cellules cancéreuses ont un besoin accru de cholestérol à proliférer, et cela a été exploitée comme un mécanisme de prestation de produits anticancéreux au cancer cellules. En outre, selon la chimie pharmaceutique, encapsulant la drogue peut être avantageuse pour éviter la dégradation du médicament lors de circulation in vivo. Par conséquent, dans cette étude, cette conception est utilisée pour fabriquer des nanoparticules de lipides enduit de la falcarindiol de médicaments anticancéreux, offrant un potentiel nouveau système de délivrance de falcarindiol afin de stabiliser sa structure chimique contre la dégradation et améliorer sa absorption par des tumeurs. Nanoparticules de falcarindiol, avec une monocouche de phospholipides et de cholestérol encapsulant le cœur purifié de drogue de la particule, ont été conçus. L’enduit monocouche de lipides se compose de 1,2-distéaroyl-SN-glycéro-3-phosphocholine (CSCB), le cholestérol (Chol) et 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE PEG 2000) ainsi que de la fluorescence étiquette DiI (rapports molaires de 43:50:5:2). Les nanoparticules sont fabriquées en utilisant la méthode d’injection rapide, qui est une technique simple et rapide pour précipiter des nanoparticules par bon-solvant anti-solvant échange. Il se compose d’une injection rapide d’une solution d’éthanol contenant les composants de nanoparticules en phase aqueuse. La taille des nanoparticules fluorescentes est mesurée à l’aide de diffusion dynamique de la lumière (DLS) à 74,1 ± 6,7 nm. L’absorption des nanoparticules est testée dans des cellules souches mésenchymateuses (CSM) humaines et photographié à l’aide de la fluorescence et la microscopie confocale. L’absorption des nanoparticules est observée dans le CSM, ce qui suggère la possibilité d’un tel médicament stable livraison système pour falcarindiol.
Introduction
Nanoparticules de lipides enduit voient un intérêt accru en ce qui concerne leur fonction comme systèmes de délivrance de médicaments pour le cancer thérapie1. Les cancers ont une altération reprogrammation lipide-métabolique2 et un besoin accru de cholestérol à proliférer3. Ils surexpriment LDLs1 et admirez LDLs plus que les cellules normales, dans la mesure où nombre de LDL d’un patient atteint de cancer peut même descendre de4. Captation des LDL favorise les phénotypes agressif5 entraînant une prolifération et invasion du sein cancer6. Une abondance de récepteurs LDL (LDLRs) est un indicateur pronostique du potentiel métastatique7. Inspiré par le LDL et son absorption par les cellules cancéreuses, une nouvelle stratégie a été appelée : rendre la drogue ressemblent aux aliments le cancer8. Ainsi, ces nouvelles nanoparticules drogue livraison conceptions8,9,,10 ont été inspirés par la conception de base et lipides-stabilisé du LDL naturel11 comme un mécanisme de prestation des médicaments anticancéreux pour les cellules cancéreuses. Ce passif ciblant le système prend en charge l’enveloppage de, notamment, médicaments hydrophobes, qui sont habituellement donnés sous forme posologique orale mais fournissent seulement une petite quantité de la drogue dans la circulation sanguine, limitant ainsi leur efficacité attendus12. Comme avec les liposomes stealth13, un revêtement de polyéthylène glycol (PEG) contribue à réduire toute réponse immunologique et s’étend de la circulation dans le sang pour l’absorption optimale de tumeur par la prétendue renforcement de perméation et effet de rétention (EPR) 14 , 15. Toutefois, en plus de, dans certains cas, l’instabilité dans la circulation et la distribution indésirable dans le système de16, certains obstacles demeurent non résolus, tels que comment et dans quelle mesure ces nanoparticules sont recueillies par les cellules et ce qui est leur sort intracellulaire. C’est ici que cet article se penche sur l’absorption de nanoparticules de médicament anticancéreux hydrophobe particulier falcarindiol, à l’aide de confocale et épifluorescence, techniques d’imagerie.
L’objectif de cette étude est de fabriquer des nanoparticules lipidiques-enduit de falcarindiol et d’étudier leur absorption intracellulaire dans les CSM. Ainsi, potentiellement stabiliser son administration, surmonter les défis associés à la livraison et à améliorer la biodisponibilité. Ainsi évaluer un nouveau système de livraison pour ce médicament anticancéreux. Auparavant, les falcarindiol a été administré oralement par une forte concentration purifiée falcarindiol comme un supplément alimentaire17. Cependant, il y a nécessité d’une approche plus structurée de livrer ce médicament prometteur. Par conséquent, les nanoparticules falcarindiol, phospholipides et cholestérol encapsulant monocouche avec la drogue purifiée qui constituent le noyau de la particule, ont été conçus. La méthode de l’injection rapide du solvant, déplacement, comme l’a récemment développé par Needham et al. 8, est utilisé dans cette étude pour encapsuler le polyacétylène falcarindiol.
La méthode a déjà été utilisée pour la fabrication de nanoparticules lipidiques pour encapsuler des18,d’agents d’imagerie diagnostique19, mais aussi de tester des molécules (trioléine)27 et médicaments (orlistat, stéarate de niclosamide)8 ,27,28. C’est une technique relativement simple lorsque réalisées avec les molécules de droite. Il forme des particules de taille nanométrique, à la limite de leur critique nucléation (~ 20 nm de diamètre), des solutés hydrophobes hautement insolubles, dissoutes dans un solvant polaire. L’échange de solvant se fait par une injection rapide de la solution organique dans un excès d’antisolvent (généralement, une phase aqueuse en un organique du 1 / 9 : rapport volume aqueux)20,21.
La conception compositionnelle des nanoparticules donnent lieu à de multiples avantages. Les composants de DSPC:Chol donnent une monocouche très serrée, presque imperméable, biocompatible et biodégradable. Le PEG fournit une interface stériquement stabilisante qui agit comme un bouclier d’opsonisation par le système immunitaire, ralentit toute l’absorption par le système réticulo-endothélial (foie et rate) et protégeant contre le système des phagocytes mononuclées, empêchant leur rétention et la dégradation du système immunitaire et par conséquent, augmentant leur circulation mi-temps dans le sang,22. Cela permet aux particules de circuler jusqu’à ce qu’ils extravasate sur les sites de malades, comme les tumeurs, où le système vasculaire n’est pas étanche, ce qui permet de EPR-effet de donner lieu à une accumulation passive des particules. En outre, la couche lipidique permet d’avoir le meilleur contrôle sur la taille des nanoparticules en piégeant cinétiquement l’âme à son noyau critique dimension27,28. Lipides induisent diverses propriétés de surface (y compris le peptide ciblant, qui n’était pas encore disponible pour ce projet), un noyau de drogue pure et une faible polydispersité22,27,28. La méthode utilisée pour l’analyse granulométrique est DLS, une technique qui permet aux chercheurs de mesurer la taille d’un grand nombre de particules en même temps. Toutefois, cette méthode peut fausser les mesures aux plus grandes tailles, si les nanoparticules ne sont pas monodisperses23. Cette question est évaluée avec la couche lipidique ainsi. Plus de détails sur ces conceptions fondamentales et la quantification de toutes les caractéristiques sont données dans les autres publications27,28.
La drogue encapsulée dans des nanoparticules est falcarindiol, un polyacétylène alimentaire trouvé dans les plantes de la famille des Apiaceae. C’est un métabolite secondaire du type de polyacétylènes aliphatiques de17C qui a été trouvé pour afficher des effets favorisant la santé, y compris l’activité anti-inflammatoire, des effets antibactériens et cytotoxicité contre un large éventail de lignées de cellules cancéreuses. Sa forte réactivité est liée à sa capacité d’interagir avec diverses biomolécules, agissant comme un agent alkylant très réactif contre mercapto et groupes aminés24. Falcarindiol a déjà été démontré pour réduire le nombre de lésions néoplasiques dans le côlon17,25, bien que les mécanismes biologiques sont encore inconnues. Cependant, c’est la pensée qu’il interagit avec des biomolécules telles que NF-κB, COX1, COX-2 et cytokines, inhibant leurs tumeur la progression et les cellule prolifération processus, menant à arrêtant le cycle cellulaire, le réticulum endoplasmique (re) mettre l’accent et l’apoptose 17,26 dans les cellules cancéreuses. Falcarindiol est utilisé dans cette étude comme un médicament anticancéreux exemple en raison de son potentiel anticancéreux et le mécanisme sont actuellement étudiés, et parce qu’il montre des effets anticancéreux prometteurs. L’assimilation des nanoparticules est testée au CSM et photographié à l’aide d’épifluorescence et microscopie confocale. Ce type de cellule a été choisi en raison de sa grande taille, ce qui les rend idéales pour la microscopie.
Protocol
Representative Results
Discussion
Un protocole détaillé de fabrication de nanoparticules de lipides enduit pour la délivrance de médicaments avec le simple, méthode d’injection rapide rapide, reproductible et évolutive de ripage solvant a été suivi de27,28 et est présenté dans cet article, comme appliquée à falcarindiol. En contrôlant la vitesse de l’injection de la phase organique en phase aqueuse et en utilisant des lipides de revêtement à des concentrations appropriées pour…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient Dr Moustapha Kassem (hôpital de l’Université d’Odense, Danemark) pour les cellules souches mésenchymateuses humaines. Les auteurs tiennent à remercier le centre danois de Bioimaging médical pour l’accès à leurs microscopes. Les auteurs remercient les fondements Carlsberg et Villum financièrement (E.A.C.). Les auteurs tiennent à souligner l’appui financier apporté par l’attribution du titre de professeur Niels Bohr de la Danish 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).
