Производство ближнего инфракрасного чувствительного, Core-Shell платформа доставки вакцин
Summary
В этой статье описаны протоколы, используемые для производства новой платформы доставки вакцин, “polybubbles”, чтобы предотвратить задержку релиза взрыва. Полиэфиры, включая поли (молочно-когликолевая кислота) и поликарлактор, использовались для формирования полипубблов, а в качестве груза использовались небольшие молекулы и антиген.
Abstract
Стратегии доставки вакцин, которые могут ограничить воздействие груза органическим растворителем, позволяя при этом новые профили выпуска, имеют решающее значение для улучшения охвата иммунизацией во всем мире. Здесь вводится новая инъекционной, ультрафиолетово-излечимая и отсроченный взрыв, позволяющая платформу доставки вакцины под названием polybubbles. Груз вводили в полиэфирные полипублы, которые образовались в 10% карбоксиметицеллюлозы на основе аквеозного раствора. Этот документ включает в себя протоколы для поддержания сферической формы полигубблов и оптимизации размещения и удержания груза, чтобы максимизировать количество груза в полигублах. Для обеспечения безопасности с помощью анализа нейтронной активации анализировался содержание хлорированного растворителя в полиббле. Выпуск исследования были проведены с небольшими молекулами в качестве груза в полибюбл, чтобы подтвердить задержку выброса взрыва. Чтобы еще больше продемонстрировать потенциал для доставки груза по требованию, золотые нанороды были смешаны в полимерной оболочке, чтобы обеспечить ближнее инфракрасное лазерное активацию.
Introduction
Ограниченный охват иммунизацией приводит к смерти 3 миллионов человек, специально вызванных болезнями, предотвратимыми с помощью вакцин1. Неадекватные условия хранения и транспортировки приводят к потере функциональных вакцин и тем самым способствуют сокращению глобальной иммунизации. Кроме того, неполная вакцинация из-за несоблюдения требуемых графиков вакцинации также вызывает ограниченный охват вакцинацией, особенно в развивающихся странах2. В течение рекомендованного периода для получения уколов требуется несколько визитов к медицинскому персоналу, что ограничивает процент населения полной вакцинацией. Поэтому необходимо разработать новые стратегии контролируемой доставки вакцин для преодоления этих проблем.
Текущие усилия по разработке технологий доставки вакцин включают эмульсионные полимерныесистемы 3,,4. Тем не менее, груз часто подвергается большему количеству органических растворителей, которые потенциально могут вызвать агрегацию и денатурацию, особенно в контекстебелкового груза 5,,6. Мы разработали новую платформу доставки вакцин, “polybubbles”, которые потенциально могут в доме несколько грузовых отсеков при минимизации объема груза, который подвергаетсярастворителя 7. Например, на нашей платформе polybubble core-shell в центре полиббля вводится один грузовой карман диаметром 0,38 мм (SEM). В этом случае площадь поверхности груза, подвергаемого воздействию органического растворителя, составит примерно 0,453 мм2. После рассмотрения плотности упаковки сфер (микрочастиц) в сфере (грузовом депо), фактический объем микрочастиц (10 мкм в диаметре), которые могли бы поместиться в депо составляет 0,17 мм3. Объем одной микрочастицы составляет 5,24х10-8 мм 3 и, таким образом, количество микрочастиц частиц, которые могут поместиться депо составляет 3,2×106 частиц. Если каждая микрочастица имеет 20 грузовых карманов (в результате двойной эмульсии) диаметром 0,25 мкм, то площадь поверхности груза, подвергаемого воздействию органического растворителя, составляет 1274мм 2. Таким образом, грузовое депо в полигубле имеет в 2800 раз меньше площади поверхности, подверженной воздействию органического растворителя, по сравнению с органическим растворителем, подвергаемого воздействию грузов в микрочастицах. Таким образом, наша платформа на основе полиэстеров потенциально может уменьшить количество грузов, подверженных воздействию органического растворителя, что в противном случае может привести к агрегации и нестабильности грузов.
Полибублы образуются на основе принципа фазового разделения, при котором полиэстер в органической фазе вводится в аковый раствор, что приводит к сферическому пузырю. Груз в aqueous фазе можно впрыснуть в центр polybubble. Другой грузовой отсек потенциально может быть достигнут в полибюбл, смешивая другой груз с полимерной оболочкой. Полибуббл на данном этапе будет податливым, а затем будет вылечен, чтобы привести к твердой структуре полипуббл с грузом в середине. Сферические полигублы были выбраны помимо других геометрических форм для увеличения грузоподъемности в полибюбле при минимизации общего размера полигубля. Полибуббли с грузом в центре были выбраны, чтобы продемонстрировать задержку релиза взрыва. Polybubbles были также включены с ближнего инфракрасного (NIR) – чувствительный (т.е., theranostic-поддержки) агент, а именно золотые нанороды (AuNR), чтобы вызвать повышение температуры полипублей. Этот эффект потенциально может способствовать более быстрой деградации и может быть использован для контроля кинетики в будущих приложениях. В этой статье мы описываем наш подход к формированию и характеристике полигубблов, для достижения задержки выброса всплеска из полигублов, а также для включения AuNR в полибузы, чтобы вызвать NIR-активацию.
Protocol
Representative Results
Discussion
Современные технологии и вызовы
Микро- и наночастицы на основе эмульсии широко используются в качестве носителей лекарств. Хотя релиз кинетики груза из этих устройств были тщательно изучены, контроль выброса всплеска кинетики была серьезной проблемой11. Универ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Брайана Э. Томлина, связанного с лабораторией элементарного анализа в отделе химии ТАМУ, который помогал с анализом активации нейтронов (NAA).
Materials
| 1-Step Ultra Tetramethylbezidine (TMB)-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Substrate Solution | Thermo scientific | 34028 | |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | TCI AMERICA | H0991 | |
| 450 nm Stop Solution for TMB Substrate | Abcam | ab17152 | |
| Acryloyl chloride | Sigma Aldrich | A24109-100G | |
| Acriflavine | Chem-Impex International | 22916 | |
| Anhydrous ethyl ether | Fisher Chemical | E138-500 | |
| Anti-HIV1 gp120 antibody conjugated to horseradish peroxidase (HRP) | |||
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher BioReagents | BP9700100 | |
| BSA-CF488 dye conjugates | Invitrogen | A13100 | |
| Bromosalicylic acid | Acros Organics | AC162142500 | |
| Carboxymethylcellulose (CMC) | Millipore Sigma | 80502-040 | |
| Centrimonium bromide (CTAB) | MP Biomedicals | ICN19400480 | |
| Chloroform | Fisher Chemical | C2984 | |
| Coating buffer | Abcam | ab210899 | |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma Aldrich | 270997-1L | |
| Diethyl ether | Fisher Chemical | E1384 | |
| Dodeacyl Amine | Acros Organics | AC117665000 | |
| Doxorubicin hydrochloride | Fisher BioReagents | BP251610 | |
| L-ascorbic acid | Acros Organics | A61 100 | |
| Legato 100 Syringe Pump | KD Scientific | 14 831 212 | |
| mPEG thiol | Laysan Bio | NC0702454 | |
| Nonfat dry milk | Andwin Scientific | NC9022655 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Phosphate saline buffer | Fisher BioReagents | BP3991 | |
| (Poly(caprolactone) | Sigma Aldrich | 440744-250G | |
| (Poly(caprolactone) triol | Acros Organics | AC190730250 | |
| Poly (lactic-co-glycolic acid) diacrylate | CMTec | 280050 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Recombinant HIV1 gp120 + gp41 protein | Abcam | ab49054 | |
| Silver nitrate | Acros Organics | S181 25 | |
| Sodium borohydride | Fisher Chemical | S678 10 | |
| Tetrachloroauric acid | Fisher Chemical | G54 1 | |
| Trehalose | Acros Organics | NC9022655 | |
| Triethyl amine | Acros Organics | AC157910010 |
References
- . Global Immunization: Worldwide Disease Incidence Available from: https://www.chop.edu/centers-programs/vaccine-education-center/global-immunization/diseases-and-vaccines-world-view (2018)
- Paul, A., Bera, M., Gupta, P., Singh, N. D. P. o-Hydroxycinnamate for sequential photouncaging of two different functional groups and its application in releasing cosmeceuticals. Organic and Biomolecular Chemistry. 17 (33), 7689-7693 (2019).
- Kumari, A., Yadav, S. K., Yadav, S. C. Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 75 (1), 1-18 (2010).
- Dai, C., Wang, B., Zhao, H. Microencapsulation peptide and protein drugs delivery system. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 41 (2-3), 117-120 (2005).
- Souery, W. N., et al. Controlling and quantifying the stability of amino acid-based cargo within polymeric delivery systems. Journal of Control Release. 300, 102-113 (2019).
- Wang, W. Advanced protein formulations. Protein Science. 24 (7), 1031-1039 (2015).
- Lee, J., et al. An ultraviolet-curable, core-shell vaccine formed via phase separation. Journal of Biomedical Materials Research Part A. , (2019).
- Kittler, S., Hickey, S. G., Wolff, T., Eychmüller, A. Easy and Fast Phase Transfer of CTAB Stabilised Gold Nanoparticles from Water to Organic Phase. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 229, 235 (2015).
- Soliman, M. G., Pelaz, B., Parak, W. J., del Pino, P. Phase Transfer and Polymer Coating Methods toward Improving the Stability of Metallic Nanoparticles for Biological Applications. Chemistry of Materials. 27 (3), 990-997 (2015).
- Arun Kumar, S., Good, J., Hendrix, D., Yoo, E., Kim, D., Deo, K. A., Jhan, Y. Y., Gaharwar, A. K., Bishop, C. J. Nanoengineered Light-Activatable Polybubbles for On?Demand Therapeutic Delivery. Adv. Funct. Mater. , 2003579 (2020).
- Wuthrich, P., Ng, S. Y., Fritzinger, B. K., Roskos, K. V., Heller, J. Pulsatile and delayed release of lysozyme from ointment-like poly(ortho esters). Journal of Controlled Release. 21 (1), 191-200 (1992).
- Wang, W. Instability, stabilization, and formulation of liquid protein pharmaceuticals. International Journal of Pharmaceutics. 185 (2), 129-188 (1999).
- Wong, D. Y., Hollister, S. J., Krebsbach, P. H., Nosrat, C. Poly(epsilon-caprolactone) and poly (L-lactic-co-glycolic acid) degradable polymer sponges attenuate astrocyte response and lesion growth in acute traumatic brain injury. Tissue Engineering. 13 (10), 2515-2523 (2007).
- Davoodi, P., et al. Drug delivery systems for programmed and on-demand release. Advanced Drug Delivery Reviews. 132, 104-138 (2018).
- Huang, Y. C., Lei, K. F., Liaw, J. W., Tsai, S. W. The influence of laser intensity activated plasmonic gold nanoparticle-generated photothermal effects on cellular morphology and viability: a real-time, long-term tracking and monitoring system. Photochemical and Photobiological Sciences. 18 (6), 1419-1429 (2019).
- Link, S., Burda, C., Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Laser-Induced Shape Changes of Colloidal Gold Nanorods Using Femtosecond and Nanosecond Laser Pulses. The Journal of Physical Chemistry B. 104 (26), 6152-6163 (2000).
- . Chlorine Available from: https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-09/documents/chlorine.pdf (2000)
