Syntes av guld nanopartiklar Integrerad fotokänsliga liposomer och mätning av deras mikrobubblor Kavitation på Pulse laser excitation
Summary
Detta protokoll beskriver en enkel framställningsmetod för guldnanopartiklar integrerad fotokänsliga liposomer med de kommersiellt tillgängliga materialen. Det visar också hur man mäter mikrobubbel kavitation processen för de syntetiserade liposomerna vid behandling av pulsad laser.
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
Möjligheten att utlösa frisättning av läkemedel med hjälp av externa stimuli är ett attraktivt sätt att leverera läkemedel i spatial-, temporal- och doseringsstyrda mode med maximerad specificitet och minimala biverkningar. Bland ett stort antal exogena stimuli känsliga system (ljus, magnetfält, ultraljud, mikrovågsstrålning), ljus utlöst plattformar är attraktiva på grund av deras icke-invasiv, enkelhet och flexibilitet på klinikerna. 1 Omfattande forskning under det senaste decenniet har gett en mängd olika plattformsteknik, såsom nära infrarött ljus ansvarig guld (Au) nanocages belagda med smarta polymerer, 2 fotokänsliga, polymera nanopartiklar (NPS) konjugerade med läkemedel, 3 och själv monterade porphysome nanovesicles. 4 emellertid dessa tekniker är fortfarande i prekliniska stadier av utveckling, och kräver en tydlig förståelse och optimering av parametrar som är involverade i processen att initiera och fortsvalsning av läkemedelsfrisättning.
Ett av de enklaste och lättillgängliga metoder för framställning av ett sådant system är att integrera Au NP med värmekänsliga liposomer 5,6, vilka båda är allmänt tillgängliga på marknaden och har undersökts i prekliniska och även kliniska prövningar. Trots begränsningarna av djupvävnads aktivering av Au NP på deras plasmoniska våglängd, jämfört med nära-infraröda aktiverade Au nanostrukturer (t.ex. nanocages), håller detta system fortfarande mycket lovande när det används i små djur, eller för topisk avgivning i människor. 7 det finns några tidiga insatser att kombinera Au NP med liposomer för ljusutlöst frisättning. 8-11 Medan de flesta av dem att fokusera på det nya material, måste åtgärdas tillgänglighet och skalbarhet frågor. Dessutom rapporter om stängningsanordning som använder dessa nanocarriers är fortfarande begränsad.
Häri, vid tillverkningen av fotokänsligliposomer, samtidigt lastade med droger och hydrofila Au NP har beskrivits. Kalcein används som en modellförening för att utvärdera inkapslingseffektivitet och frisättningsprofilen av systemet. Dessutom, i detta system, ljus som absorberas av Au NPs avleder till den omgivande mikromiljö i form av värme, vilket resulterar i en ökning av den lokala temperaturen. Luftmikrobubblor genereras under laseruppvärmning och orsaka mekanisk söndring av liposomer (Figur 1). Mekanismen för mikrobubblor kavitation bekräftas av hydrofon mätningar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tunn film hydrering är den konventionella metoden för framställning av liposomer. Organiska lösningsmedel (kloroform i detta fall) användes först för att lösa upp lipiderna och sedan avlägsnades i en rotationsindunstare vid 37 ° C för att generera en lipid tunn film på kolven. Denna lipidfilm hydratiserades med vattenlösningen innehållande 60 mM kalcein och 5 nm Au NPS. Under hydratiseringsprocessen, hölls temperaturen runt 50 ° C och kolven ständigt agiteras genom att rotera kolven. Nyckeln i detta ste…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har delvis stöd av primär 1 akademisk forskning fonderna Singapore undervisningsministeriet (RG 64/12 till CX) och NTU-nordvästra Institutet för nanomedicin.
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).
