Herstellung und Charakterisierung von SDF-1α-Chitosan-Nanopartikel Dextransulfat

Summary

The objective of this protocol is to incorporate SDF-1α, a stem cell homing factor, into dextran sulfate-chitosan nanoparticles. The resultant particles are measured for their size and zeta potential, as well as the content, activity, and in vitro release rate of SDF-1α from the nanoparticles.

Abstract

Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under appropriate conditions. The glycan nanoparticles are useful carriers for protein factors, which facilitate the in vivo delivery of the proteins and sustain their retention in the targeted tissue. The glycan polyelectrolyte complexes are also ideal for protein delivery, as the incorporation is carried out in aqueous solution, which reduces the likelihood of inactivation of the proteins. Proteins with a heparin-binding site adhere to dextran sulfate readily, and are, in turn, stabilized by the binding. These particles are also less inflammatory and toxic when delivered in vivo. In the protocol described below, SDF-1α (Stromal cell-derived factor-1α), a stem cell homing factor, is first mixed and incubated with dextran sulfate. Chitosan is added to the mixture to form polyelectrolyte complexes, followed by zinc sulfate to stabilize the complexes with zinc bridges. The resultant SDF-1α-DS-CS particles are measured for size (diameter) and surface charge (zeta potential). The amount of the incorporated SDF-1α is determined, followed by measurements of its in vitro release rate and its chemotactic activity in a particle-bound form.

Introduction

Dextransulfat (DS) und Chitosan (CS) sind Polysaccharide mit mehreren substituierten negativ geladenen Sulfatgruppen (DS) oder positiv geladenen Amingruppen (deacetyliert CS). Wenn in einer wässrigen Lösung gemischt, die zwei Polysacchariden Polyelektrolytkomplexe durch elektrostatische Wechselwirkungen. Die resultierenden Komplexe können große Aggregate, die aus der wässrigen Lösung (Präzipitate)-Phase abgetrennt werden, oder kleine Teilchen, die in Wasser dispergierbare (Kolloide) sind zu bilden. Die spezifischen Bedingungen, die zu diesen Ergebnissen beigetragen haben, wurden ausführlich untersucht und wurden zusammengefasst und in einer aktuellen Bewertung ¹ im Detail dargestellt. Unter diesen Bedingungen sind die entgegengesetzt geladenen Polymere müssen 1) deutlich unterschiedliche Molmasse zwei grundlegende Anforderungen für die Herstellung von in Wasser dispergierbaren Teilchen; und 2) in einem nicht-stöchiometrischen Verhältnis vermischt werden. Diese Bedingungen werden die ladungsneutrale komplexierten Polymersegmente durch Ladungs ​​erzeugt erlaubenNeutralisation zu trennen und bilden den Kern des Teilchens, und das überschüssige Polymer an der Außenschale ¹ bilden. Die in diesem Protokoll beschrieben Glykan Partikel zur pulmonalen Verabreichung von Nanometerdimensionen bestimmt und sind entworfen net werden negativ geladen, und. Die negative Oberflächenladung verringert die Wahrscheinlichkeit der zellulären Aufnahme der Teilchen ^2,3. Partikel von Nanometerdimension erleichtern den Durchgang durch die distalen Atemwege. Um dieses Ziel zu erreichen, ist die Menge des DS in dieser Zubereitung von mehr als CS (Gewichtsverhältnis 3: 1); und hochmolekulare DS (Gewichtsmittel MW 500.000) und Niedermolekulare CS (MW-Bereich von 50 bis 190 kDa, 75-85% deacetylierte) verwendet.

SDF-1α ist ein Stammzelle Homing Faktor, der die Referenzfahrt-Funktion durch seine chemotaktische Aktivität ausübt. SDF-1α spielt eine wichtige Rolle in der Referenzfahrt und der Wartung von hämatopoetischen Stammzellen im Knochenmark, und bei der Einstellung von progenitor Zellen peripheren Gewebe für Verletzungen Reparatur ^4,5. SDF-1α hat eine Heparin-Bindungsstelle in der Proteinsequenz, die das Protein an Heparin / Heparansulfat, Dimere zu binden, aus Protease (CD26 / DPPIV) Inaktivierung geschützt werden, und mit Zielzellen in Wechselwirkung über Zelloberflächenrezeptoren ermöglicht ^6-8. DS ähnliche strukturelle Eigenschaften wie Heparin / Heparansulfat; So kann die Bindung von SDF-1α DS wäre ähnlich der des natürlichen polymeren Liganden.

In dem folgenden Protokoll beschreiben wir die Herstellung von SDF-1α-DS-CS Nanopartikel. Die Verfahren stellen eine der Formulierungen, die bisher untersucht wurden, ^9. Das Protokoll ist ursprünglich aus einer Untersuchung von VEGF-DS-CS-Nanopartikeln ¹⁰ angepasst. Eine kleine technische Herstellung beschrieben, die leicht mit den gleichen Stammlösungen und Herstellungsbedingungen skaliert werden kann. Nach der Herstellung werden die Teilchen b gekennzeichnety Prüfung ihrer Größe, Zetapotential, das Ausmaß der SDF-1α Einarbeitung in vitro Freigabezeit, und die Aktivität des einge SDF-1α.

Protocol

1. Vorbereitung der SDF-1α Glycan Nanopartikel Aufgrund der Zweck der in vivo-Abgabe, Sterilisieren alle Behälter, Pipetten und Spitzen in der Zubereitung verwendet. Die folgenden Stammlösungen in hochreinem Wasser: 1% Dextransulfat; 1M NaOH (steril mit einem PES-Membran gefiltert); 0,1% Chitosan in 0,2% Eisessig (Filter durch 0,8 und 0,22 um Filter nacheinander und Einstellen des pH auf 5,5 mit NaOH später); 0,1M ZnSO 4; 15% Mannit; und 0,92 mg / ml SDF-1?…

Representative Results

Die Größe und Zetapotential der vorbereiteten SDF-1α-DS-CS-Partikel mit einer Partikelanalysegerät bestimmt. Figur 1 zeigt die Analyse der Größenmessung. Aus den Ergebnissen von Kumulanten vier wiederholten Messungen erhalten wird, ist die mittlere hydrodynamische Durchmesser der SDF-1α-DS-CS Partikel 661 ± 8,2 (nm) und die Polydispersität beträgt 0,23 ± 0,02. Das Ergebnis der Zetapotentialmessung ist in Fig. 2 gezeigt Von den fünf wiederholten Messungen, das Zetapotential d…

Discussion

Wie oben erwähnt, werden die DS-CS Nanopartikeln durch Ladungsneutralisation zwischen Polyanion (DS) und Polykation (CS) Molekülen gebildet. Da die Ladungswechselwirkung während der Molekular Kollision leicht, die Konzentration der Polymerlösungen und die Rührgeschwindigkeit beim Vermischen von entscheidender Bedeutung für die Größe der resultierenden Teilchen. Ein genereller Trend ist, dass mehr DS und CS-Lösungen ¹⁵ und höhere Rührgeschwindigkeit Ergebnis in kleinere Partikel verdünnt.

<p cl…

Materials

Name	Company	Catalog number
Dextran sulfate	Fisher	BP1585-100
Chitosan, low molecular weight	Sigma	448869
Zinc sulfate heptahydrate	Sigma	204986
D-Mannitol	Sigma	M9546
UltraPure water	Invitrogen	10977-023
SDF-1α	Prepared according to reference 8.
Syringe filter, PES membrane 0.22 um.	Millipore	SLGP033RS
Magnetic Micro Stirring Bars (2 x 7 mm)	Fisher	14-513-63
Glass vial Kit; SUN-SRi	Fisher	14-823-182
Delsa Nano C Particle Analyzer	Backman Coulter
Eppendorf UVette Cuvets	Eppendorf	952010069
4–20% Mini-PROTEAN TGX Gel	Bio-Rad	456-1096
GelCode Blue Safe Protein Stain	Fisher	PI-24592
Molecular Imager VersaDoc MP 4000 System	BioRad	170-8640
Corning Transwell Permeable Supports	Corning	3421
Accuri C6 Flow Cytometer	BD Biosciences
Dulbecco’s phosphate buffered saline	Sigma	D8537
Pyrogent plus kit	Fisher	NC9753738