Forberedelse og karakterisering af individuelle og Multi-drug Loaded Fysisk indesluttet polymermiceller
Summary
The goal of this protocol is to describe the preparation and characterization of physically entrapped, poorly water soluble drugs in micellar drug delivery systems composed of amphiphilic block copolymers.
Abstract
Amfifile blokcopolymerer som polyethyleneglycol- blok -polylactic syre (PEG b- PLA) kan selv samle ind miceller over deres kritiske micellekoncentration danner hydrofobe kerner omgivet af hydrofile skaller i vandige miljøer. Kernen i disse miceller kan anvendes til at indlæse hydrofobe, dårligt vandopløselige stoffer som docetaxel (DTX) og everolimus (EVR). Systematisk karakterisering af micelle struktur og medikamentloading kapaciteter er vigtigt, før in vitro og in vivo studier kan udføres. Målet med den protokol, der er beskrevet heri, er at tilvejebringe de nødvendige karakterisering skridt til at opnå standardiserede micellare produkter. DTX og EVR har iboende opløseligheder 1,9 og 9,6 ug / ml Fremstilling af disse miceller kan opnås gennem opløsningsmiddel støbning som forøger den vandige opløselighed DTX og EVR til 1,86 og 1,85 mg / ml. Drug stabilitet i miceller evaluated ved stuetemperatur over 48 timer angiver, at 97% eller flere af lægemidlerne opbevares i opløsning. Micelle størrelse blev vurderet ved anvendelse dynamisk lysspredning og anført, at størrelsen af disse miceller var under 50 nm og afhang af molekylvægten af polymeren. Lægemiddelfrigivelse fra micellerne blev vurderet med dialyse under vasken betingelser ved pH 7,4 ved 37 ° C i løbet af 48 timer. Kurvetilpasning resultater viser, at lægemiddelfrigivelse drives ved en første ordens proces angiver, at det er diffusion drives.
Introduction
Amfifile blokcopolymerer med gentagne struktur bestående af hydrofile og hydrofobe domæner kan spontant samles for at danne tredimensionale makromolekylære aggregater kendt som polymermiceller. Disse strukturer har en indre hydrofob kerne omgivet af en hydrofil skal. Den hydrofobe kerne har evnen til at inkorporere hydrofobe lægemidler enten ved fysisk indfangning via hydrofobe interaktioner eller ved kemisk konjugering på polymerrygraden. 1 Mange fordele eksisterer for at bruge disse blokcopolymerer til dannelse af miceller til lægemiddeladministration. Disse omfatter inkorporering af dårligt opløselige lægemidler, forbedre farmakokinetikken af de inkorporerede lægemidler, og biokompatibilitet og / eller bionedbrydelighed af polymererne gør dem et sikkert alternativ til konventionelle solubiliseringsmidler. 2 En anden fordel ved anvendelse af polymere miceller er deres kolloid partikelstørrelse mellem 15- 150 nm 3, hvilket gør dem attraktive for parenteral levering. Derfor i løbet af de sidste 20 år polymermiceller er dukket op som levedygtige systemer til dårligt vandopløselige lægemidler, især til cancerterapi drug delivery. 3,4
I øjeblikket er der fem polymere micelleformuleringer til cancerterapi undergår kliniske forsøg. 4 Fire af micellerne i de kliniske forsøg er PEG-baserede diblokcopolymerer mens den sidste er en triblok-copolymer indeholdende polyethylenoxid. Størrelsen af disse miceller varierede fra 20 nm til 85 nm. Fordelen ved at anvende PEG-baserede polymerer er deres biokompatibilitet og afhængig af den anden blok kan også være biologisk nedbrydeligt. De nyeste systemer nye drug delivery baseret på polyethyleneglycol- blok -polylactic syre (PEG- b -PLA) polymermiceller er blevet udviklet til den samtidige levering af flere anticancerlægemidler. De PEG- b- PLA miceller er både biokompatible og bionedbrydelige. Disse multi-drug indlæst miceller har vist somynergistic inhibering af forskellige kræftformer modeller in vitro og in vivo 2,5,6 og passer ind i nuværende paradigme for at anvende flere lægemidler i kemoterapi for at forhindre resistens og sænke toksicitet. Der er derfor en stor interesse i fremstilling og karakterisering af disse micellære lægemiddeltilførselssystemer til anvendelse i cancer og andre sygdomstilstande.
I arbejdet nedenfor har vi skitseret en trin-for-trin proces, hvor sådanne miceller kan tilberedes og karakteriseret før evaluere dem i sygdomstilstande af interesse. I forbindelse med dette arbejde to dårligt opløselige anticancer-midler, har docetaxel (DTX) og everolimus (EVR) er valgt. Både DTX og EVR er dårligt vandopløselige forbindelser med iboende vandopløseligheder på 1,9 og 9,6 pg / ml. 7,8 To PEG b -PLA polymerer med forskellige molekylvægte blev anvendt i denne protokol som byggestenene til den formulerede polymere miceller,Disse polymerer er PEG 2000 – b -PLA 1800 (3.800 Da) og PEG 4000 – b -PLA 2200 (6.200 Da). PEG b -PLA miceller kan derfor levere en unik platform som en Nanobærer for DTX og EVR individuelt og i kombination. De nødvendige reagenser / materialer og udstyr nødvendig for at forberede og karakterisere disse miceller er anført i tabel 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
The use of polymeric micelles for drug delivery continues to expand due to their versatility and ability to deliver hydrophobic drugs for various disease states. Therefore, the techniques needed to prepare and characterize these formulations prior to use in cell culture or animals is a critical first step to determine the best pairing between the drug and the polymer. PEG-b-PLA are excellent amphiphilic block copolymers for drug delivery purposes. However, the block length of the hydrophilic and hydrophobic s…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the grant from AACP New Pharmacy Faculty Research Award Program, Medical Research Foundation of Oregon New Investigator Grant, Oregon State University-Startup fund, and Pacific University, School of Pharmacy Start-up fund.
Materials
| PEG2000-b-PLA1800 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/2000 | PLA MW can be specified on ordering |
| PEG4000-b-PLA2200 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/4000 | PLA MW can be specified on ordering |
| Docetaxel | LC Laboratories | D-1000 | 100 mg |
| Everolimus | LC Laboratories | E-4040 | 100 mg |
| Acetonitrile | EMD/VWR | EM-AX0145-1 | HPLC grade; 4 L |
| Round bottom flask | Glassco/VWR | 89426-496 | 5 mL |
| RV 10 Control Rotary Evaporators | IKA Works | 8025001 | Rotoevaporator |
| Shimadzhu HPLC with DAD detector | Shimadzhu | RP-HPLC | |
| Slide-a-lyzer dialysis casette MWCO 7000 | Thermo Scientific, Inc | 66370 | 3 mL |
| Phosphate buffer pH 7.4 200 mM | VWR | 100190-870 | 500 mL |
| Malvern NanoZS | Malvern Instruments, UK | DLS | |
| Nylon filter | Acrodisc/VWR | 28143-242 | 13 mm; 0.2µM |
| Phosphoric acid, NF | Spectrum Chemical/VWR | 700000-626 | 100 mL |
| GraphPad Prism | www.graphpad.com | Analysis software | |
| Zorbax SB-C8 Rapid Resolution cartridge | Agilent Technologies | 866953-906 | 4.6 ×75mm, 3.5 micron |
Riferimenti
- Yokoyama, M. Polymeric micelles as a new drug carrier system and their required considerations for clinical trials. Expert Opin Drug Deliv. 7, 145-158 (2010).
- Shin, H. C., Alani, A. W., Rao, D. A., Rockich, N. C., Kwon, G. S. Multi-drug loaded polymeric micelles for simultaneous delivery of poorly soluble anticancer drugs. J Control Release. 140, 294-300 (2009).
- Adams, M. L., Lavasanifar, A., Kwon, G. S. Amphiphilic block copolymers for drug delivery. J Pharm Sci. 92, 1343-1355 (2003).
- Oerlemans, C., et al. Polymeric micelles in anticancer therapy: targeting, imaging and triggered release. Pharm Res. 27, 2569-2589 (2010).
- Shin, H. C., et al. A 3-in-1 polymeric micelle nanocontainer for poorly water-soluble drugs. Mol Pharm. 8, 1257-1265 (2011).
- Hasenstein, J. R., et al. Antitumor activity of Triolimus: a novel multidrug-loaded micelle containing Paclitaxel Rapamycin, and 17-AAG. Mol Cancer Ther. 11, 2233-2242 (2012).
- Mazzaferro, S., et al. Bivalent sequential binding of docetaxel to methyl-beta-cyclodextrin. Int J Pharm. 416, 171-180 (2011).
- Iwase, Y., Maitani, Y. Preparation and in vivo evaluation of liposomal everolimus for lung carcinoma and thyroid carcinoma. Biol Pharm Bull. 35, 975-979 (2012).
- Mishra, G. P., Doddapaneni, B. S., Nguyen, D., Alani, A. W. Antiangiogenic effect of docetaxel and everolimus as individual and dual-drug-loaded micellar nanocarriers. Pharm Res. 31, 660-669 (2014).
- Xu, W., Ling, P., Zhang, T. Polymeric micelles, a promising drug delivery system to enhance bioavailability of poorly water-soluble drugs. J Drug Deliv. 2013, 340315 (2013).
- Lavasanifar, A., Samuel, J., Kwon, G. S. Poly(ethylene oxide)-block-poly(L-amino acid) micelles for drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 54, 169-190 (2002).
