Синтез наночастиц золота Интегрированный фотография проблематики липосом и измерении их микропузырьков кавитации при импульсном лазерном возбуждении
Summary
Этот протокол описывает простой способ подготовки к золотой наночастицы интегрированной фотоальбомы проблематику липосом с коммерчески доступных материалов. Она также показывает, как измерить микропузырьков процесс кавитации синтезированных липосом при лечении импульсным лазером.
Abstract
Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control over the drug release. However, most of the relevant technologies are still in the development process and are unprocurable by clinics. Here, we describe a facile fabrication of these photo-responsive NPs with commercially available gold NPs and thermo-responsive liposomes. Calcein is used as a model drug to evaluate the encapsulation efficiency and the release kinetic profile upon heat/light stimulation. Finally, we show that this photo-triggered release is due to the membrane disruption caused by microbubble cavitation, which can be measured with hydrophone.
Introduction
Возможность вызвать высвобождение лекарства с помощью внешних стимулов является привлекательным способом для доставки лекарств в пространственно-, temporal- и лекарственных управлением мод с максимальным специфичности и минимальными побочными эффектами. Среди широкого спектра экзогенных раздражителей проблематику систем (света, магнитное поле, ультразвук, СВЧ-излучение), легкие инициируется платформы являются привлекательными из-за их не-инвазивности, простота и адаптивности в клиниках. 1 Обширные исследования в последнее десятилетие предоставил ряд технологий платформы, такие как в ближней инфракрасной области освещенности ответственного золота (Au) наноклетки покрыты смарт полимеров, 2 фото-лабильным, полимерные наночастицы (NPS), конъюгированные с наркотиками, 3 и самоорганизующихся porphysome nanovesicles. 4 Однако эти технологии все еще находятся на доклинических стадиях развития, и требуют четкого понимания и оптимизации параметров, участвующих в процессе инициирования и продолжениепрокатки высвобождение лекарственного средства.
Один из самых простых и легкодоступных способов получения такой системы состоит в интеграции Au NPS с термически чувствительных липосом 5,6, оба из которых широко доступны на рынке и широко исследованных в доклинических и клинических испытаний даже. Несмотря на ограничение активации глубокие ткани из Au наночастиц при их плазмонного волны, по сравнению с ближней инфракрасной активированные наноструктур Au (например, наноклетки), эта система по-прежнему имеет большие перспективы при использовании в малых животных или для местной доставки в организме человека. 7 Есть некоторые ранние усилия в объединение Au NPS с липосомами для светлой срабатывает выпуска. 8-11 Хотя большинство из них сосредоточиться на новизне материалов, проблемы доступности и масштабируемости необходимо решать. Кроме того, отчеты о механизмах высвобождения, использующих эти наноносителей все еще ограничены.
В данном случае изготовление фото-отзывчивымлипосомы, одновременно с грузом наркотиков и гидрофильных Au наночастиц была описана. Кальцеин используется в качестве модельного соединения для оценки эффективности инкапсуляции и профиль высвобождения системы. Кроме того, в этой системе, свет, поглощенный Au наночастиц рассеивает в окружающую микросреду в виде тепла, что приводит к увеличению локальной температуры. Воздушные микропузырьки образуются в процессе лазерного нагрева и вызвать механическое разрушение липосом (рисунок 1). Механизм микропузырьков кавитации подтверждается измерениями гидрофонов.
Protocol
Representative Results
Discussion
Тонкий гидратации пленки является обычным методом для получения липосом. Органические растворители (хлороформ в данном случае) впервые были использованы для растворения липидов, а затем удаляют на роторном испарителе при 37 ° С для генерирования липидный тонкую пленку на колбу. Это ли?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была частично поддержана Tier-1 академический исследовательские фонды по Министерство образования Сингапура (RG 64/12 к CX) и NTU-Northwestern Института Наномедицины.
Materials
| 1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 850355P | Powder, Store at -20 °C |
| 1-palmitoyl-2-hydroxy-sn-glycero-3-phosphocholine (MPPC) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 855675P | Powder, Store at -20 °C |
| 1, 2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanol-amine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) (DSPE-PEG2000) | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 880120P | Powder, Store at -20 °C |
| Gold Nanoparticles | Sigma Aldrich | 752568-100mL | 5nm particles, stabilized at 0.1mM PBS |
| Calcein | Sigma Aldrich | C0875-10g | 60mM, pH 7.4 – adjusted using NaOH |
| phosphate buffered saline (PBS) | Sigma Aldrich | P5493 | 0.1 mM, pH 7.4 |
| Double distilled water | Millipore Milli-DI water purification system | ||
| Triton X100 | Sigma, Life Sciences | X-100 | To disrupt the liposomes to calculate total encapsulation |
| Rotavapor | Buchi (Switzerland) | R 210 | Used for Lipososme preparation |
| Heating bath | Buchi (Switzerland) | B 491 | Used for Lipososme preparation |
| Vacuum Controller | Buchi (Switzerland) | V-850 | Used for Lipososme preparation |
| Vacuum Pump | Buchi (Switzerland) | V-700 | Used for Lipososme preparation |
| Recirculation bath with temperature controller | Polyscience | Used for Lipososme preparation | |
| Mini-extruder assembly with heating block | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610000 | Used for extrusion of liposomes |
| Syringes, 1000 uL | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610017 | Used for extrusion of liposomes |
| Polycarbonate filter membrane, 200nm | Whatmann | 800281 | Used for extrusion of liposomes |
| Filter Support | Avanti Polar Lipids (Alabama, US) | 610014 | Used for extrusion of liposomes |
| PD 10 Desalting coulumns, Sephadex G-25 medium | GE Healthcare, Life sciences | 17-0851-01 | Used to purify the liposomes |
| Centrifuge | Sigma Laboratory Centrifuges | 3K30 | Used to concentrate the liposomal solution |
| Rotor | Sigma | 19777-H | Used to concentrate the liposomal solution |
| Zetasizer | Nano ZS Malvern | Used for the determination of liposome size and zetapotential | |
| UV- Visible Spectrophotometer | Shimadzu | UV-2450 | Used to measure the absorbance of the samples |
| Fluorescent Spectrofluorometer | Molecular Devices | SpectraMax M5 | Used to measure the fluorescence emission of the samples |
| Nd:YAG Laser | NewWave Research | 532 nm; Maximum power: 17mJ; Width: 406 ns; Used for sample irradiation | |
| HNR Hydrophone | ONDA | HNR-1000 | 1000 mm diameter and 450 nV/Pa sensitivity, Proper working frequency range: 0.25-10 MHz; Calibration: 50 mV/Bar; Used to measure the acoustic signals |
| Digital Osciloscope | LECORY – Wave Runner 64Xi-A | Frequency: 600 MHz; Max sample rate : 10 Gs/s (at two channel); Used to record the measured acoustic signals |
Riferimenti
- McCoy, C. P., et al. Triggered drug delivery from biomaterials. Expert Opin. Drug Deliv. 7 (5), 605-616 (2010).
- Yavuz, M. S., et al. Gold nanocages covered by smart polymers for controlled release with near-infrared light. Nat. Mater. 8 (12), 935-939 (2009).
- Gohy, J. F., Zhao, Y. Photo-responsive block copolymer micelles: design and behavior. Chem. Soc. Rev. 42 (17), 7117-7129 (2013).
- Lovell, J. F., et al. Porphysome nanovesicles generated by porphyrin bilayers for use as multimodal biophotonic contrast agents. Nat. Mater. 10 (4), 324-332 (2011).
- Needham, D., Dewhirst, M. W. The development and testing of a new temperature-sensitive drug delivery system for the treatment of solid tumors. Adv. Drug Deliv. Rev. 53 (3), 285-305 (2001).
- Landon, C. D., Park, J. Y., Needham, D., Dewhirst, M. W. Nanoscale drug delivery and hyperthermia: the materials design and preclinical and clinical testing of low temperature-sensitive liposomes used in combination with mild hyperthermia in the treatment of local cancer. Open Nanomed. J. 3, 38-64 (2011).
- Sykes, E. A., Dai, Q., Tsoi, K. M., Hwang, D. M., Chan, W. C. Nanoparticle exposure in animals can be visualized in the skin and analysed via skin biopsy. Nat. Commun. 5, 3796 (2014).
- Paasonen, L., et al. Gold nanoparticles enable selective light-induced contents release from liposomes. J. Control. Release. 122 (1), 86-93 (2007).
- Wu, G., et al. Remotely Triggered Liposome Release by Near-Infrared Light Absorption via Hollow Gold Nanoshells. J. Am. Chem. Soc. 130 (26), 8175-8177 (2008).
- Leung, S. J., Kachur, X. M., Bobnick, M. C., Romanowski, M. Wavelength-Selective Light-Induced Release from Plasmon Resonant Liposomes. Adv. Funct. Mater. 21 (6), 1113-1121 (2011).
- Volodkin, D. V., Skirtach, A. G., Möhwald, H. Near-IR Remote Release from Assemblies of Liposomes and Nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed. 48 (10), 1807-1809 (2009).
- Mills, J. K., Needham, D. Lysolipid incorporation in dipalmitoylphosphatidylcholine bilayer membranes enhances the ion permeability and drug release rates at the membrane phase transition. Biochim. Biophys. Acta. 1716 (2), 77-96 (2005).
- Jiang, K., Smith, D. A., Pinchuk, A. O. Size-dependent Photothermal Conversion Efficiencies of Plasmonically Heated Gold Nanoparticles. J. Phys. Chem. C. 117 (51), 27073-27080 (2013).
- Chongsiriwatana, N., Barron, A., Giuliani, A., Rinaldi, A. C. Comparing bacterial membrane interaction of antimicrobial peptides and their mimics. Antimicrobial Peptides. 618, 171-182 (2010).
- Egerev, S., et al. Acoustic signals generated by laser-irradiated metal nanoparticles. Appl. Opt. 48 (7), C38-C45 (2009).
- González, M. G., Liu, X., Niessner, R., Haisch, C. Strong size-dependent photoacoustic effect on gold nanoparticles by laser-induced nanobubbles. Appl. Phys. Lett. 96, 174104 (2010).
