Wisselend magneetveld-Responsive Hybrid Gelatine Microgels voor Controlled Drug release

Summary

We presenteren een gemakkelijke methode om een ​​biologisch afbreekbare op gelatinebasis geneesmiddelafgifte platform dat magneto-thermisch gevoelige fabriceren. Dit werd bereikt door superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes en poly (N-isopropylacrylamide- co-acrylamide) in een bolvormig gelatine micro-netwerk verknoopt door genipin, samen met een wisselend magnetisch veld aanbrengsysteem.

Abstract

Magnetisch reagerende nano / micro-engineered biomaterialen die een strak gecontroleerde, on-demand drug delivery in staat zijn ontwikkeld als nieuwe vormen van slimme zachte apparaten voor biomedische toepassingen. Hoewel een aantal magnetisch reagerende geneesmiddelafgiftesystemen efficacies zowel via in vitro proof of concept studies en in vivo preklinische toepassingen gebleken, is het gebruik ervan in een klinische context nog steeds beperkt door hun ontoereikende biocompatibiliteit of biologische afbreekbaarheid. Bovendien zijn veel van andere perrons afhankelijk geavanceerde technieken voor hun constructies. We hebben onlangs aangetoond dat de vervaardiging van biologisch afbreekbare, gelatine gebaseerde warmte reagerende microgel door het fysisch invangen van poly (N-isopropylacrylamide- co acrylamide) ketens als een ondergeschikte component in een driedimensionaal gelatinenetwerk. In deze studie presenteren we een gemakkelijke methode om een ​​biologisch afbreekbare geneesmiddelafgifte platform waarmee een magneto-t fabricerenhermally geactiveerd drug release. Dit werd bereikt door superparamagnetische ijzeroxide nanodeeltjes en warmte reagerende polymeren op gelatine gebaseerde colloïdale microgels, in combinatie met een alternerend magneetveld aanbrengsysteem.

Introduction

Stimuli-responsieve drug delivery systemen die een strak gecontroleerde afgifte van geneesmiddelen in reactie op ofwel endogene of exogene stimuli in te schakelen (bijv., Temperatuur of pH) zijn uitgebreid onderzocht als nieuwe vormen van slimme zachte apparaten voor drug delivery. Microschaal hydrogels zijn op grote schaal gebruikt als een drug delivery platform dat ze verlenen beheersbaar en duurzame drug afgifteprofielen evenals afstembare chemische en mechanische eigenschappen ^1-3. Met name de colloïdale microgels vertonen vele voordelen als drager voor geneesmiddelafgifte vanwege hun snelle respons op externe stimuli en geschikt injecteerbaar lokale weefsel in een minimaal invasieve wijze ^4. De poly (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) of zijn copolymeren zijn algemeen het synthetiseren warmte reagerende microgels vastgesteld door enten pNIPAM met biologisch afbreekbare / biologisch verenigbare polymeren, gelatine, chitosan, alginaat zuur of hyaluronzuur ^5,6Waarbij een faseovergang kenmerkend pNIPAM aan zijn onderste kritische oplostemperatuur (LCST) kan worden gebruikt als een trigger van geneesmiddelafgifte ^7. We hebben recent een fabricage van biologisch afbreekbare, gelatine gebaseerde warmte reagerende microgel door het opnemen van poly (N-isopropylacrylamide- co-acrylamide) [p (NIPAM- co -AAm)] ketens als een ondergeschikte component in driedimensionale netwerken ⁸ gelatine. De gelatine / p (NIPAM- co -AAm) microgel vertoonde een afstembare ontzwelling aan temperatuurstijging, die positief gecorreleerd met de afgifte van runderserumalbumine (BSA).

Gedurende de laatste paar jaar zijn er toegenomen inspanningen om een magnetisch responsieve drug delivery platform dat de afgifte van geneesmiddel kan leiden in een on-demand mode ^9,10 ontwikkelen. Uitgangspunt voor de synthese van magnetisch reagerende medicijnafgifteplatform gebruikt de eigenschap van superparamagnetische nanodeeltjes (MNP's) warm worden wanneer zij een hoogfrequent magnetisch wisselveld (AMF), die een temperatuurgevoelig geneesmiddelafgifte triggers ontvangen. Dit houdt belofte voor toekomstige klinische toepassingen omdat dit systeem diep kan richten in het weefsel, zodat een niet-invasieve en op afstand gecontroleerde geneesmiddelafgifte en kan worden gecombineerd met hyperthermie behandeling en magnetische resonantie beeldvormend systeem ^10-12. Dergelijke platforms zijn onder meer: ​​(1) MNP / pNIPAM hybride microgeldeeltjes ^13-15 en (2) macroscopische hydrogel steigers incorporeren geïmmobiliseerd MNP ^16-18. De pNIPAM gebaseerde platforms microgel toonde een fijn afstembare volume faseovergang reactiviteit op magneto-thermische stimuli. Evenwel nog houden met ingewikkelde en geavanceerde technieken in de fabricage en het gebruik van pNIPAM polymeren met een hoog gehalte kan mogelijk zijn cytotoxisch voor cellen ^19, die hun in vivo toepassingen beperken. De macroscopische steigers vertonen een relatievely trage reactie op externe prikkels en vereisen een invasieve chirurgische transplantatie ten opzichte van colloïdaal microgels.

De water-in-olie-emulgering heeft de standaardmethode voor de productie submillimeter of micrometer-geldeeltjes ²⁰ geweest. Aan het water-olie grensvlak van de emulsie, microgeldeeltje vormt een bolvorm door de minimalisering van de oppervlakte-energie van de waterdruppel onder mechanisch dwarskracht. Deze werkwijze maakt de productie van een grote hoeveelheid waterige gel bolvormige druppels in een eenvoudige fabricage procedure en met succes voor het fabriceren van op gelatine gebaseerde microgels medicijnafgifte systemen toepassingen ^21-23 aangenomen.

Hier presenteren we een gemakkelijke methode om een ​​magnetothermally responsieve gelatine gebaseerde microgels voor geneesmiddelafgifte toepassing synthetiseren door gebruik van de water-in-olie emulgeermethode. Dit werd bereikt door het fysiek opnemen van ijzeroxide MNP's en p (NIPAM- co -AAm) ketens als een ondergeschikte component in een bolvormig microschaal gelatinenetwerk dat covalent is verknoopt door een natuurlijk verkregen verknopingsmiddel genipin, in combinatie met een hoogfrequent magnetisch wisselveld (AMF) aanbrengsysteem.

Protocol

Opmerking: Het totale proces van vervaardigen magneetveld reagerende gelatine microgels is geïllustreerd in figuur 1A. 1. Voorbereiding van oplossingen en suspensies Bereid een crosslinker genipin (1% w / v) oplossing door het oplossen van 20 mg genipin in 2 ml fosfaat gebufferde zoutoplossing (1x PBS, pH 7,4). Vortex de oplossing en plaats in een 50 ° C waterbad gedurende 2 uur om volledig de oplossing op te lossen. Bereid een oplossing van…

Representative Results

Wanneer het protocol correct uitgevoerd, moet de gefabriceerde microgelen een goed gekarakteriseerd bolvormige morfologie en colloïdale dispersie met een diameter bezitten in het bereik van 5 urn tot 20 urn (Figuur 1B en C). MNP's hetzij fluorescerende of fluorescerend BSA kan worden gebruikt om te bevestigen of MNP's of geneesmiddelen (BSA in deze studie) correct zijn ingekapseld in de microgel (figuur 1D). De gefabriceerde microgels kunnen sta…

Discussion

De hier beschreven techniek toont een proof of concept voor het gebruik van nanodeeltjes microgel-hybriden voor magneto-thermisch getriggerde geneesmiddelafgifte. Dit werd bereikt door fysisch invangen MNP's en p (NIPAM- co -AAm) ketens op microschaal driedimensionale gelatinenetwerk verknoopt door genipin. Het magneetveld reagerende platform volstond om warmte in de microgel in reactie op een afstand aangebracht AMF, waardoor de vrijmaking van een model geneesmiddel, BSA geactiveerd.

<p class="jove_con…

Materials

Gelatin	Sigma-Aldrich, MO, USA	G2500	Gelatin type A, porcine skin
poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)	Sigma-Aldrich, MO, USA	738727	MW=20,000, LCST=34-38 oC
Silicon oil	Sigma-Aldrich, MO, USA	378372	Viscosity 350 cSt
Pluoronic L64	Sigma-Aldrich, MO, USA	435449	100 ppm poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)
genipin	TimTec LLC, DE, USA	ST080860	Mw = 226.23;
Magnetic nanoparticles (MNPs)	Micromod Inc, Germany	79-00-102	nanomag-D-spio, 100 nm
TR-BSA	Life Technologies, NY USA	A23017	Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate