Alternando microgeles de gelatina de campo híbrido-Responsive magnéticos para Controlled Drug Release

Summary

Se presenta un método fácil de fabricar una plataforma de liberación del fármaco a base de gelatina biodegradable que es sensible magneto-térmico. Esto se logró mediante la incorporación de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnéticas y poli (co N-isopropylacrylamide- acrilamida) dentro de una gelatina esférica micro-red reticulada por genipina, en conjunción con un sistema de aplicación de campo magnético alterno.

Abstract

nano biomateriales magnéticamente sensible / micro-ingeniería que permiten a, la administración de fármacos estrechamente controlada bajo demanda han sido desarrollados como nuevos tipos de dispositivos suaves inteligentes para aplicaciones biomédicas. Aunque un número de sistemas de administración de fármacos magnéticamente sensibles han demostrado eficacias a través de ya sea la prueba in vitro de estudios de concepto o en aplicaciones preclínicos in vivo, su uso en la práctica clínica es todavía limitada por su biocompatibilidad insuficiente o biodegradabilidad. Además, muchas de las plataformas existentes se basan en técnicas sofisticadas para sus fabricaciones. Recientemente hemos demostrado la fabricación de microgel termosensible biodegradable, a base de gelatina atrapando físicamente poli (N-isopropylacrylamide- acrilamida co) cadenas como un componente menor dentro de una red de gelatina tridimensional. En este estudio, se presenta un método fácil de fabricar una plataforma de liberación de fármaco biodegradable que permite a un magneto-thermally provocado la liberación del fármaco. Esto se logró mediante la incorporación de nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético y polímeros termo-sensible dentro de microgeles coloidales a base de gelatina, en conjunción con un sistema de aplicación de campo magnético alterno.

Introduction

Los estímulos que responden a los sistemas de administración de fármacos que permiten una administración de fármacos estrechamente controlada en respuesta a cualquiera de los estímulos endógenos o exógenos (por ejemplo., La temperatura o pH) se han investigado extensamente como nuevos tipos de dispositivos suaves inteligentes para la administración de fármacos. Hidrogeles microescala han sido ampliamente empleado como una plataforma de administración de fármacos en que confieren perfiles controlables y sostenibles de liberación de fármacos, así como química sintonizable y propiedades mecánicas ^1-3. En particular, los microgeles coloidales presentan muchas ventajas como un vehículo para la administración de fármacos debido a su rápida capacidad de respuesta a estímulos externos y inyectabilidad adecuado para tejido local de una manera mínimamente invasiva ^4. El poli (N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) o sus copolímeros han sido ampliamente adoptados en la síntesis de microgeles termo-sensible por injerto de PNIPAM con polímeros biodegradables / biocompatibles incluyendo gelatina, quitosano, ácido alginato, o ácido hialurónico ^5,6, En el que una característica de transición de fase de PNIPAM a su temperatura de solución crítica inferior (LCST) se puede utilizar como un disparador de liberación del fármaco ^7. Recientemente hemos demostrado una fabricación de microgel termosensible biodegradable, a base de gelatina mediante la incorporación de poli (co N-isopropylacrylamide- acrilamida) [p (NIPAM- co -AAm)] cadenas como un componente menor dentro de las redes de gelatina tridimensionales ^8. El / p (NIPAM- co -AAm) microgel gelatina exhibió un deshinchamiento sintonizable de aumento de la temperatura, lo que se correlaciona positivamente con la liberación de albúmina de suero bovino (BSA).

Durante los últimos años, ha habido un incremento esfuerzos para desarrollar una plataforma de administración de fármacos magnéticamente sensible que puede desencadenar la liberación de fármaco en un ^9,10 moda bajo demanda. El principio básico para la síntesis de la plataforma de administración de fármacos magnéticamente sensible utiliza la característica de nanopartículas superparamagnéticas (NPM) para generar calor cuando reciben una alta frecuencia del campo magnético (AMF), que desencadena una liberación del fármaco sensible a la temperatura alterna. Esta es una promesa para futuras aplicaciones clínicas en que este sistema puede orientar profundamente en el tejido, permite una liberación de fármaco no invasivo y controlado a distancia y se puede combinar con un tratamiento de hipertermia y el sistema de formación de imágenes de resonancia magnética ^10-12. Tales plataformas incluyen: (1) las partículas de microgel NPM / PNIPAM híbrido ^13-15 y (2) los andamios de hidrogel que incorporan macroscópicas inmovilizan los micronutrientes en polvo ^16-18. Las plataformas basadas en microgel PNIPAM demostraron una capacidad de respuesta de transición de fase de volumen finamente sintonizable a los estímulos magnetotérmicos. Sin embargo, todavía se basan en técnicas complejas y sofisticadas en la fabricación y el uso de polímeros PNIPAM con un alto contenido potencialmente pueden ser citotóxicas para las células ^19, lo que puede limitar sus aplicaciones in vivo. Los andamios macroscópicas exhiben un parienteLy lenta respuesta a los estímulos externos y requieren un trasplante quirúrgico invasivo en comparación con los microgeles coloidales.

La emulsificación de agua-en-aceite ha sido el método estándar para producir submilimétrico o gel micrómetros partículas de tamaño ^20. En la interfaz agua-aceite de la emulsión, de partículas de microgel forma una forma esférica debido a la minimización de la energía superficial de la gota de agua en virtud de la fuerza de corte mecánica. Este método permite la producción de una gran cantidad de gotitas de gel esféricas acuosas en un sencillo procedimiento de fabricación y se ha adoptado con éxito para la fabricación de microgeles a base de gelatina para aplicaciones de administración de fármacos ^21-23.

A continuación, presentamos un método fácil de sintetizar un microgeles a base de gelatina magnetothermally adecuados para hacer posible la aplicación de administración de fármacos empleando el método de emulsión de agua-en-aceite. Esto se consigue incorporando físicamente MNPs de óxido de hierro y p (co NIPAM- -AAm) cadenas como un componente menor dentro de una red de gelatina a microescala esférica que está reticulado covalentemente por un agente de reticulación genipina de origen natural, junto con una alta frecuencia sistema de aplicación de campo magnético (AMF) alterna.

Protocol

Nota: El proceso global de fabricación de microgeles de gelatina sensible al campo magnético se ilustra en la Figura 1A. 1. Preparación de soluciones y suspensiones Preparar una genipina reticulante (1% w / v) de solución mediante la disolución de 20 mg de genipina en 2 ml de solución salina tamponada con fosfato (1x PBS; pH 7,4). Vortex la solución y colocar en un 50 ° C baño de agua durante 2 horas para disolver completamente…

Representative Results

Cuando el protocolo se realiza correctamente, los microgeles fabricadas deben exhibir una morfología esférica bien caracterizado y dispersabilidad coloidal con diámetros en el intervalo entre 5 micras a 20 micras (Figura 1B y C). Cualquiera de MNPs fluorescentes o BSA fluorescente se puede utilizar para confirmar si MNPs o drogas (BSA en este estudio) se encapsulan correctamente dentro del microgel (Figura 1D). Los microgeles fabricados pueden ser est…

Discussion

La tecnología descrita aquí demuestra una prueba de concepto en el uso de híbridos de nanopartículas de microgel para la liberación del fármaco magneto-térmico disparada. Esto se logró atrapando físicamente cadenas de MNPs y P (NIPAM- co -AAm) dentro de una red de gelatina tridimensional microescala reticulado por genipina. La plataforma de campo magnético sensible fue suficiente para generar calor dentro del microgel en respuesta a una AMF aplicado de forma remota, que a su vez desencadena la liberac…

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