प्रोड्रग-डाई नैनोअसेंबलीज की आसान तैयारी और फोटोएक्टिवेशन
Summary
यह प्रोटोकॉल एक फोटोरेस्पॉन्सिव प्रोड्रग-डाई नैनोअसेंबली के निर्माण और लक्षण वर्णन का वर्णन करता है। प्रकाश विकिरण सेटअप सहित प्रकाश-ट्रिगर विघटन द्वारा नैनोकणों से दवा रिलीज के लिए पद्धति स्पष्ट रूप से वर्णित है। प्रकाश विकिरण के बाद नैनोकणों से जारी दवाओं ने मानव कोलोरेक्टल ट्यूमर कोशिकाओं पर उत्कृष्ट एंटी-प्रसार प्रभाव प्रदर्शित किए।
Abstract
नैनोस्केल दवा वितरण प्रणाली के निर्माण के लिए स्व-असेंबली एक सरल लेकिन विश्वसनीय तरीका है। फोटोएक्टिवेटेबल प्रोड्रग प्रकाश विकिरण द्वारा नियंत्रित लक्ष्य स्थलों पर नैनोकैरियर से नियंत्रणीय दवा रिलीज को सक्षम करते हैं। इस प्रोटोकॉल में, आणविक स्व-विधानसभा के माध्यम से फोटोएक्टिवेटेबल प्रोड्रग-डाई नैनोकणों को बनाने के लिए एक आसान विधि प्रस्तुत की गई है। प्रोड्रग संश्लेषण, नैनोपार्टिकल निर्माण, नैनोअसेंबली के भौतिक लक्षण वर्णन, फोटोक्लिवेज प्रदर्शन और इन विट्रो साइटोटॉक्सिसिटी सत्यापन के लिए प्रक्रियाओं को विस्तार से वर्णित किया गया है। एक फोटोक्लिवेबल बोरॉन-डिपिरोमेथेन-क्लोरम्बुसिल (बीसी) प्रोड्रग को पहली बार संश्लेषित किया गया था। बीसी और निकट-अवरक्त डाई, आईआर -783, एक अनुकूलित अनुपात में, नैनोकणों (आईआर 783 / बीसी एनपी) में स्वयं इकट्ठा हो सकता है। संश्लेषित नैनोकणों का औसत आकार 87.22 एनएम और सतह चार्ज -29.8 एमवी था। नैनोकणों को प्रकाश विकिरण पर अलग किया जाता है, जिसे ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉनिक माइक्रोस्कोपी द्वारा देखा जा सकता है। बीसी का फोटोक्लिवेज 10 मिनट के भीतर पूरा हो गया था, जिसमें क्लोरम्बुसिल के लिए 22% वसूली दक्षता थी। नैनोकणों ने गैर-विकिरणित नैनोकणों और विकिरणित मुक्त बीसी प्रोड्रग की तुलना में 530 एनएम पर प्रकाश विकिरण के तहत बढ़ी हुई साइटोटॉक्सिसिटी प्रदर्शित की। यह प्रोटोकॉल फोटोरेस्पॉन्सिव दवा वितरण प्रणालियों के निर्माण और मूल्यांकन के लिए एक संदर्भ प्रदान करता है।
Introduction
कीमोथेरेपी एक सामान्य कैंसर उपचार है जो कैंसर कोशिकाओं को मारने के लिए साइटोटोक्सिक एजेंटों को नियोजित करता है और इस प्रकारट्यूमर के विकास को रोकता है। हालांकि, कीमोथेरेपी दवाओं 2,3,4 के ऑफ-टारगेट अवशोषण के कारण रोगी कार्डियोटॉक्सिसिटी और हेपेटोटॉक्सिसिटी जैसे दुष्प्रभावों से पीड़ित हो सकते हैं। इसलिए, ट्यूमर में दवा रिलीज / सक्रियण के स्थानिक नियंत्रण के माध्यम से स्थानीयकृत दवा वितरण सामान्य ऊतकों में दवा जोखिम को कम करने के लिए आवश्यक है।
प्रोड्रग रासायनिक रूप से संशोधित दवाएं हैं जो सक्रियण 5,6 पर रोगग्रस्त घावों में अपनी कार्रवाई को बनाए रखते हुए सामान्य ऊतकों में कम विषाक्तता प्रदर्शित करती हैं। प्रोड्रग्स विभिन्न प्रकार की उत्तेजनाओं के प्रति उत्तरदायी हो सकते हैं, जैसे कि पीएच 7,8, एंजाइम 9,10, अल्ट्रासाउंड11,12, गर्मी13, और प्रकाश14,15,1 6, और विशेष रूप से घावों में अपनी मूल दवाएं जारी करते हैं। फिर भी, कई प्रोड्रग अंतर्निहित कमियों का प्रदर्शन करते हैं, जैसे कि खराब घुलनशीलता, गलत अवशोषण दर, और प्रारंभिक चयापचय विनाश, जो उनके विकास को सीमित कर सकताहै। इस संदर्भ में, प्रोड्रग नैनोअसेंबली का गठन साइड इफेक्ट्स में कमी, सीटू दवा रिलीज, बेहतर प्रतिधारण और उपचार और इमेजिंग के संयोजन जैसे फायदे प्रदान करता है, जो इन नैनोअसेंबली के लिए महान अनुप्रयोग क्षमता का संकेत देता है। रोग के उपचार के लिए कई प्रोड्रग नैनोअसेंबली विकसित की गई हैं, जिनमें डॉक्सोर्यूबिसिन प्रोड्रग नैनोस्फीयर, कर्क्यूमिन प्रोड्रग मिसेल और कैम्प्टोथेसिन प्रोड्रग नैनोफाइबर18 शामिल हैं।
इस प्रोटोकॉल में, हम प्रोड्रग-डाई नैनोअसेंबली की तैयारी के लिए एक सरल विधि प्रस्तुत करते हैं जो उच्च प्रोड्रग सामग्री, अच्छी पानी की फैलाव, दीर्घकालिक स्थिरता और संवेदनशील प्रतिक्रिया क्षमता प्रदर्शित करते हैं। आईआर 783 एक पानी में घुलनशील निकट-अवरक्त डाई है जो नैनोअसेंबली19 के स्टेबलाइजर के रूप में काम कर सकता है। नैनोअसेंबली का अन्य घटक बोरॉन-डिपिरोमेथेन-क्लोरम्बुसिल (बीओडीआईपीवाई-सीबी, बीसी) है, एक प्रोड्रग जिसे दो मुख्य कारणों से डिज़ाइन किया गया था। चूंकि क्लोरम्बुसिल (सीबी) विवो में प्रणालीगत विषाक्तता प्रदर्शित करता है, प्रोड्रग फॉर्म इसकी विषाक्तता को कम कर सकताहै20. बीसी प्रोड्रग को रोग के घावों पर निर्देशित 530 एनएम प्रकाश विकिरण का उपयोग करके फोटोक्लीवर किया जा सकता है, जिससे सीबी की स्थानीय रिहाई सक्षम होती है। दूसरी ओर, सीबी जलीय वातावरण में हाइड्रोलिसिस से ग्रस्त है, और इसे प्रोड्रग फॉर्म21 में बदलकर संरक्षित किया जा सकता है। इस प्रकार, बीसी प्रोड्रग और आईआर -783 डाई की सह-असेंबली से एक स्थिर और प्रभावी दवा वितरण नैनोसिस्टम (चित्रा 1 ए) बनाने की उम्मीद थी। यह प्रोड्रग-डाई नैनोअसेंबली प्रोड्रग अणुओं की फैलाव और स्थिरता में सुधार करता है, जो प्रकाश-नियंत्रणीय दवा वितरण में आवेदन के लिए इसकी क्षमता का सुझाव देता है। बीसी प्रोड्रग का फोटोक्लीवेज नैनोकणों के विघटन और घावों में सीबी की प्रकाश-नियंत्रित रिहाई को सक्षम बनाता है (पूरक चित्रा 1)।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह प्रोटोकॉल प्रोड्रग-डाई नैनोकणों के निर्माण के लिए एक आसान फ्लैश वर्षा विधि को रेखांकित करता है, जो नैनोपार्टिकल गठन के लिए एक सरल और सुविधाजनक दृष्टिकोण प्रदान करता है। इस विधि में कई महत्वपूर्ण चर…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम हांगकांग विश्वविद्यालय से सहायता स्वीकार करते हैं ली का शिंग फैकल्टी ऑफ मेडिसिन फैकल्टी कोर फैसिलिटी। हम मानव एचसीटी 116 सेल लाइन प्रदान करने के लिए हांगकांग विश्वविद्यालय में प्रोफेसर ची-मिंग चे को धन्यवाद देते हैं। इस काम को मिंग वाई लाउ सेंटर फॉर रिपैरेटिव मेडिसिन एसोसिएट मेंबर प्रोग्राम और रिसर्च ग्रांट्स काउंसिल ऑफ हांगकांग (अर्ली करियर स्कीम, नंबर 27115220) द्वारा समर्थित किया गया था।
Materials
| 1260 Infinity II HPLC | Agilent Technologies | ||
| 2,4-Dimethyl pyrrole | J&K Scientific | 315305 | |
| 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide(MTT) | Gibco | M6494 | |
| 4-Dimethylaminopyridine (4-DMAP) | J&K Scientific | 212279 | |
| 90 mm Petri Dish Clear Treated Sterile | SPL | 11090 | |
| 96-well Tissue Culture Plate Clear Treated Sterile | SPL | 30096 | |
| Acetoxyacetyl chloride | J&K Scientific | 192001 | |
| Boron trifluoride diethyl etherate | J&K Scientific | 921076 | |
| Büchner funnel | AS ONE | 3-6466-01 | |
| Chlorambucil | J&K Scientific | 321407-1G | |
| CM100 Transmission Electron Microscope | Philips | ||
| CombiFlash RF chromatography system | Teledyne ISCO | ||
| Dichloromethane | DUKSAN Pure Chemicals | JT9315-88 | |
| Dimethyl sulfoxide | DUKSAN Pure Chemicals | 2762 | |
| Disposable cuvette | Malvern Panalytical | DTS1070 | Zeta potential measurement |
| Disposable cuvette | Malvern Panalytical | ZEN0040 | |
| Empty Disposable Sample Load Cartridges | Teledyne ISCO | 693873225 | can hold up to 65 g |
| Fetal bovine serum | Gibco | 10270106 | |
| Filtering flask | AS ONE | 3-7089-03 | |
| Hexane | DUKSAN Pure Chemicals | 4198 | |
| Holey carbon film on copper grid | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co.,Ltd | BZ10023a | |
| HPLC column (InfinityLab Poroshell 120) | Agilent Technologies | 695975-902T | |
| Integrating sphere photodiode power sensor | Thorlabs | S142C | |
| IR783 | Tokyo Chemical Industry (TCI) Co., Ltd | I1031 | |
| LED | Mightex | LCS-0530-15-11 | |
| LED Driver Control Panel V3.2.0 (Software) | Mightex | ||
| Lithium Hydroxide Anhydrous | TCI | L0225 | |
| Methylmagnesium iodide, 3M solution in diethyl ether | Aladdin | M140783 | |
| N,N-Diisopropyl ethyl amine (DIPEA) | J&K Scientific | 203402 | |
| N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) | J&K Scientific | 275928 | |
| penicillin–streptomycin | Gibco | 15140122 | |
| Phosphate-buffered saline (10×) | Sigma-Aldrich | P5493 | |
| Power and energy meter | Thorlabs | PM100 USB | |
| Rotavapor | BUCHI Rotavapor R300 | ||
| RMPI 1640 | Gibco | 21870076 | |
| Separatory funnel (125 mL) | Synthware | F474125L | |
| Silver Silica Gel Disposable Flash Columns, 40 g | Teledyne ISCO | 692203340 | |
| Sodium sulfate, anhydrous | Alfa Aesar | A19890 | |
| SpectraMax M4 | Molecular Devices LLC | ||
| Tetrahydrofuran (THF), anhydrous | J&K Scientific | 943616 | |
| Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 | |
| Vortex | DLAB Scientific Co., Ltd | MX-S | |
| Zetasizer Nano ZS90 | Malvern Instrument |
References
- Chabner, B. A., Roberts, T. G. Chemotherapy and the war on cancer. Nature Reviews Cancer. 5 (1), 65-72 (2005).
- Monsuez, J. -. J., Charniot, J. -. C., Vignat, N., Artigou, J. -. Y. Cardiac side-effects of cancer chemotherapy. International Journal of Cardiology. 144 (1), 3-15 (2010).
- Floyd, J., Mirza, I., Sachs, B., Perry, M. C. Hepatotoxicity of chemotherapy. Seminars in Oncology. 33 (1), 50-67 (2006).
- Bar-Joseph, H., Stemmer, S. M., Tsarfaty, I., Shalgi, R., Ben-Aharon, I. Chemotherapy-induced vascular toxicity-real-time in vivo imaging of vessel impairment. Journal of Visualized Experiments. (95), e51650 (2015).
- Denny, W. A. Prodrug strategies in cancer therapy. European Journal of Medicinal Chemistry. 36 (7-8), 577-595 (2001).
- Kastrati, I., Delgado-Rivera, L., Georgieva, G., Thatcher, G. R. J., Frasor, J. Synthesis and characterization of an aspirin-fumarate prodrug that inhibits NFκB activity and breast cancer stem cells. Journal of Visualized Experiments. (119), e54798 (2017).
- Mao, J., et al. A simple dual-pH responsive prodrug-based polymeric micelles for drug delivery. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (27), 17109-17117 (2016).
- Li, S. -. Y., et al. A pH-responsive prodrug for real-time drug release monitoring and targeted cancer therapy. Chemical Communications. 50 (80), 11852-11855 (2014).
- Andresen, T. L., Thompson, D. H., Kaasgaard, T. Enzyme-triggered nanomedicine: Drug release strategies in cancer therapy (Invited Review). Molecular Membrane Biology. 27 (7), 353-363 (2010).
- Xu, G., McLeod, H. L. Strategies for enzyme/prodrug cancer therapy. Clinical Cancer Research. 7 (11), 3314-3324 (2001).
- Luo, W., et al. Dual-targeted and pH-sensitive doxorubicin prodrug-microbubble complex with ultrasound for tumor treatment. Theranostics. 7 (2), 452 (2017).
- Gao, J., et al. Ultrasound triggered phase-change nanodroplets for doxorubicin prodrug delivery and ultrasound diagnosis: An in vitro study. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 174, 416-425 (2019).
- Brade, A. M., Szmitko, P., Ngo, D., Liu, F. -. F., Klamut, H. J. Heat-directed suicide gene therapy for breast cancer. Cancer Gene Therapy. 10 (4), 294-301 (2003).
- Long, K., et al. One-photon red light-triggered disassembly of small-molecule nanoparticles for drug delivery. Journal of Nanobiotechnology. 19 (1), 357 (2021).
- Liu, Y., Long, K., Kang, W., Wang, T., Wang, W. Optochemical control of immune checkpoint blockade via light-triggered PD-L1 dimerization. Advanced NanoBiomed Research. 2 (6), 2200017 (2022).
- Wang, T., et al. Optochemical control of mTOR signaling and mTOR-dependent autophagy. ACS Pharmacology & Translational Science. 5 (3), 149-155 (2022).
- Abet, V., Filace, F., Recio, J., Alvarez-Builla, J., Burgos, C. Prodrug approach: An overview of recent cases. European Journal of Medicinal Chemistry. 127, 810-827 (2017).
- Li, G., et al. Small-molecule prodrug nanoassemblies: an emerging nanoplatform for anticancer drug delivery. Small. 17 (52), 2101460 (2021).
- Shamay, Y., et al. Quantitative self-assembly prediction yields targeted nanomedicines. Nature Materials. 17 (4), 361-368 (2018).
- Sinoway, P. A., Callen, J. P. Chlorambucil. Arthritis & Rheumatism. 36 (3), 319-324 (1993).
- Owen, W. R., Stewart, P. J. Kinetics and mechanism of chlorambucil hydrolysis. Journal of Pharmaceutical Sciences. 68 (8), 992-996 (1979).
- Lv, W., et al. Upconversion-like photolysis of BODIPY-based prodrugs via a one-photon process. Journal of the American Chemical Society. 141 (44), 17482-17486 (2019).
- Silver, J. Let us teach proper thin layer chromatography technique. Journal of Chemical Education. 97 (12), 4217-4219 (2020).
- Saad, W. S., Prud’homme, R. K. Principles of nanoparticle formation by flash nanoprecipitation. Nano Today. 11 (2), 212-227 (2016).
- Long, K., et al. Photoresponsive prodrug-dye nanoassembly for in-situ monitorable cancer therapy. Bioengineering & Translational Medicine. 7 (3), 10311 (2022).
- Zhong, T., et al. A self-assembling nanomedicine of conjugated linoleic acid-paclitaxel conjugate (CLA-PTX) with higher drug loading and carrier-free characteristic. Scientific Reports. 6 (1), 36614 (2016).
- Long, K., et al. Green light-triggered intraocular drug release for intravenous chemotherapy of retinoblastoma. Advanced Science. 8 (20), 2101754 (2021).
- Lv, W., Wang, W. One-photon upconversion-like photolysis: a new strategy to achieve long-wavelength light-excitable photolysis. Synlett. 31 (12), 1129-1134 (2020).
- Rwei, A. Y., Wang, W., Kohane, D. S. Photoresponsive nanoparticles for drug delivery. Nano Today. 10 (4), 451-467 (2015).
- Grzelczak, M., Vermant, J., Furst, E. M., Liz-Marzán, L. M. Directed self-assembly of nanoparticles. ACS Nano. 4 (7), 3591-3605 (2010).
- Gnanasammandhan, M. K., Idris, N. M., Bansal, A., Huang, K., Zhang, Y. Near-IR photoactivation using mesoporous silica-coated NaYF4:Yb,Er/Tm upconversion nanoparticles. Nature Protocols. 11 (4), 688-713 (2016).
