Magnétique alternatif microgels de gélatine hybride sensible au champ de libération contrôlée de médicaments

Summary

Nous présentons une méthode facile à fabriquer une plate-forme de libération de médicament à base de gélatine biodégradable qui est magnéto-sensible à la chaleur. Ceci a été réalisé en incorporant des nanoparticules superparamagnétiques d'oxyde de fer et de poly (co-isopropylacrylamide- acrylamide N) au sein d'un réseau de micro-sphérique de gélatine réticulée par la génipine, en conjonction avec un système alternatif de l'application du champ magnétique.

Abstract

Magnétiquement sensibles nano / micro-ingénierie des biomatériaux qui permettent, d'une livraison étroitement contrôlé sur la demande de drogues ont été mis au point de nouveaux types de dispositifs intelligents souples pour des applications biomédicales. Bien qu'un certain nombre de systèmes d'administration de médicaments à réponse magnétique ont démontré des efficacités à travers soit la preuve in vitro des études de concept ou dans des applications précliniques in vivo, leur utilisation dans les milieux cliniques est encore limitée par leur biocompatibilité ou biodégradabilité insuffisante. En outre, la plupart des plates-formes existantes reposent sur des techniques sophistiquées pour leurs fabrications. Nous avons récemment démontré la fabrication de biodégradable, thermo-sensible microgel à base de gélatine en piégeant physiquement poly (acrylamide N-co isopropylacrylamide-) des chaînes en tant que composant mineur dans un réseau de gélatine à trois dimensions. Dans cette étude, nous présentons une méthode facile à fabriquer une plateforme de libération de médicament biodégradable qui permet à un magnéto-thermally déclenché la libération du médicament. Ceci a été réalisé en incorporant des nanoparticules d'oxyde de fer superparamagnétique et les polymères sensibles à la chaleur à l'intérieur de microgels colloïdales à base de gélatine, en conjonction avec un système alternatif de l'application du champ magnétique.

Introduction

Stimuli-sensibles des systèmes d'administration de médicaments qui permettent une administration de médicaments étroitement contrôlé en réponse à des stimuli soit endogènes ou exogènes (par exemple., De température ou de pH) ont été largement étudiés comme de nouveaux types de dispositifs intelligents douces pour la délivrance de médicaments. Hydrogels micrométriques ont été largement utilisé comme une plate-forme de distribution de médicaments en ce sens qu'ils confèrent des profils de libération de médicament contrôlables et durables ainsi que des produits chimiques accordable et des propriétés mécaniques ^1-3. En particulier, les microgels colloïdales présentent de nombreux avantages comme un véhicule pour l'administration de médicaments en raison de leur réactivité rapide aux stimuli externes et injectabilité adapté au tissu locale d'une manière minimalement invasive ^4. Le poly (N-isopropylacrylamide) (pNIPAM) ou ses copolymères ont été largement adoptés dans la synthèse de microgels sensibles à la chaleur par greffage pNIPAM avec des polymères biodégradables biocompatibles / y compris la gélatine, le chitosane, l'acide alginate, ou l'acide hyaluronique ^5,6Dans lequel une caractéristique de transition de phase de pNIPAM à sa température de solution critique inférieure (LCST) peut être utilisé comme un déclencheur de libération du médicament ^7. Nous avons récemment démontré une fabrication de biodégradable, thermo-sensibles microgel à base de gélatine en incorporant poly (co N-isopropylacrylamide- acrylamide) [p (NIPAM- co -AAm)] chaînes comme un composant mineur au sein des réseaux de gélatine en trois dimensions ^8. La gélatine / p (NIPAM- co -AAm) microgel présentait un dégonflement accordable à l'augmentation de la température, qui corrélée positivement à la libération de la sérum albumine bovine (BSA).

Au cours des dernières années, il a augmenté les efforts pour développer une plate-forme de distribution de médicaments magnétiquement sensible qui peut déclencher la libération du médicament dans un ^9,10 de la mode à la demande. Le principe de base pour la synthèse de magnétiquement sensible plate-forme de délivrance de médicament utilise la caractéristique de nanoparticules superparamagnétiques (MNP) pour générer de la chaleur quand ils reçoivent une fréquence élevée champ magnétique alternatif (AMF), qui déclenche une libération du médicament sensible à la température. Cela est prometteur pour des applications cliniques futures que ce système peut cibler profondément dans les tissus, permet une libération du médicament non invasive et contrôlé à distance et peut être combiné avec le traitement de l'hyperthermie et la résonance magnétique système d'imagerie ^10-12. Ces plates-formes suivantes: (1) des particules MNP / pNIPAM hybride de microgel ^13-15 et (2) les échafaudages d'hydrogel macroscopiques incorporant immobilisés MNP ^16-18. Les plates-formes de microgel à base de pNIPAM finement démontré une réactivité accordable transition de phase de volume à des stimuli magnéto-thermique. Cependant, ils comptent encore sur des techniques complexes et sophistiqués dans la fabrication et l'utilisation de polymères pNIPAM à haute teneur peut être potentiellement cytotoxiques aux cellules ^19, ce qui peut limiter leurs applications in vivo. Les échafaudages macroscopiques présentent un rapportly réponse lente aux stimuli externes et nécessitent une transplantation chirurgicale invasive par rapport à microgels colloïdales.

La mise en émulsion eau-dans-huile a été la méthode standard pour produire submillimétrique ou de gel de micromètre particules de taille ^20. À l'interface eau-huile de l'émulsion, de particules de microgel forme une forme sphérique en raison de la minimisation de l'énergie de surface de la goutte d'eau sous une force de cisaillement mécanique. Ce procédé permet la production d'une grande quantité de gouttelettes de gel aqueux sphériques dans un procédé de fabrication simple et a été adoptée avec succès pour la fabrication de microgels à base de gélatine pour des applications d'administration de médicaments ^21-23.

Ici, nous présentons une méthode facile à synthétiser un magnetothermally sensibles microgels à base de gélatine pour l'application d'administration de médicament en utilisant le procédé d'émulsification eau dans l'huile. On y est parvenu en incorporant physiquement MNP d'oxyde de fer et p (co NIPAM- -AAM) chaînes comme un élément mineur dans un réseau de gélatine micro-sphérique qui est réticulé de manière covalente par un genipin de réticulation d'origine naturelle, en conjonction avec un alternatif à haute fréquence de champ magnétique (AMF) système d'application.

Protocol

Remarque: L'ensemble du processus de fabrication magnétiques microgels de gélatine terrain sensible est illustrée à la figure 1A. 1. préparer des solutions et suspensions Préparer un génipine de réticulation (1% p / v) une solution en dissolvant 20 mg de génipine dans 2 ml de tampon phosphate salin (PBS 1x, pH 7,4). Vortex la solution et placer dans un bain d'eau à 50 o C pendant 2 heures pour dissoudre complètement la solution. …

Representative Results

Lorsque le protocole est effectuée correctement, les microgels fabriqués doivent présenter une morphologie sphérique et bien caractérisé de dispersion colloïdale ayant un diamètre compris dans l'intervalle de 5 um à 20 um (figure 1B et C). Soit MNP fluorescents ou BSA fluorescente peut être utilisé pour confirmer si MNP ou de drogues (BSA dans cette étude) sont bien encapsulées dans le microgel (figure 1D). Les microgels fabriqués peuve…

Discussion

La technologie décrite ici démontre une preuve de concept sur l'utilisation d'hybrides nanoparticules microgel pour la libération du médicament magnéto-thermique déclenchée. Ceci a été réalisé en piégeant physiquement MNP et P (NIPAM- co -AAm) des chaînes au sein d'un réseau tridimensionnel gélatine réticulée par micro-génipine. La plate-forme sensible au champ magnétique est suffisante pour générer de la chaleur dans le microgel en réponse à une AMF appliquée à distance, qu…

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