Kontrollü İlaç Release için Manyetik Alan-Duyarlı Hibrid Jelatin mikroj Alternatif
Summary
Biz manyeto-termal duyarlı bir biyolojik olarak parçalanabilen jelatin bazlı ilaç salım platformu imal etmek, basit bir yöntem mevcut. Bu değişen bir manyetik alan uygulama sistemi ile bağlantılı olarak, genipin ile çapraz bağlanmış küresel jelatin mikro ağ içinde süperparamanyetik demir oksit nano-tanecikleri ve poli (N-isopropylacrylamide- CO -akrilamit) eklenerek elde edildi.
Abstract
sıkı bir şekilde kontrol, on-demand ilaç dağıtım sağlamak manyetik duyarlı nano / mikro-mühendislik biyomateryaller biyomedikal uygulamalarda akıllı yumuşak cihazların yeni tip olarak geliştirilmiştir. Manyetik açıdan karşılık veren ilaç verme sistemleri bir dizi kavramı çalışmalar ya da in vivo ön klinik uygulamalarda da in vitro kanıt ile arasında etkili sonuçlar göstermiştir, ancak klinik ortamlarda kullanımı hala yetersiz biyolojik uygunluk veya biyodegradasyon ile sınırlıdır. Ayrıca, mevcut platformların birçoğu uydurmaları için sofistike teknikler güveniyor. Son zamanlarda, fiziksel olarak üç boyutlu bir jelatin ağı içinde küçük bir bileşen olarak poli (N-isopropylacrylamide- CO -akrilamit) zincirden tutulmasıyla da biyolojik olarak parçalanabilen, jelatin esaslı termo-duyarlı mikrojelin imalat göstermiştir. Bu çalışmada, bir manyeto-t sağlayan bir biyolojik olarak parçalanabilir ilaç serbest bırakma plâtformu imal etmek için kolay bir yöntem sunmakhermally ilaç salımı tetiklenir. Bu değişen bir manyetik alan uygulama sistemi ile bağlantılı olarak, jelatin esaslı koloidal mikrojelleri olan süperparamanyetik demir oksit nano-tanecikleri ve termo-duyarlı polimerlerin dahil edilmesiyle elde edilmiştir.
Introduction
Uyaranlara yanıt endojen veya eksojen uyaranlara birine yanıt olarak bir sıkı kontrollü ilaç verme sağlayacak ilaç verme sistemleri (örn., Sıcaklık ya da pH) yoğun ilaç iletimi için, akıllı yazılım cihazların yeni türleri incelenmiştir. Mikro hidrojeller yaygın da kontrol edilebilir ve sürdürülebilir bir ilaç salınım profillerini ve ayarlanabilir mekanik ve kimyasal özellikleri 1-3 kazandırmalarıdır bir ilaç verme platformu olarak kullanılmıştır. Özellikle, kolloidal mikrojeller nedeniyle dış uyaranlara ve minimal invaziv bir şekilde 4 yerel dokuya uygun Püskürtülebilirlik onların hızlı yanıt için ilaç dağıtımı için bir araç olarak birçok avantaj sergilemektedir. Poli (N-izopropil akrilamid) (pNIPAM) veya bunun kopolimerleri yaygın jelatin, çitosan, alginat asit ya da hyaluronic asit de dahil olmak üzere biyolojik olarak parçalanabilir / biyo-uyumlu polimerler ile pNIPAM aşılanmasıyla termo-duyarlı mikrojellerinin sentezlenmesi benimsenmiştir 5,6, Burada alt kritik çözelti sıcaklığı (LCST'nin) de pNIPAM bir faz geçiş karakteristiği ilaç salımının 7'nin bir tetikleyici olarak kullanılabilir. Son zamanlarda poli eklenerek biyolojik olarak parçalanabilen, jelatin esaslı termo-duyarlı mikro jelin bir imalat göstermiştir (N-isopropylacrylamide- CO -akrilamit) [p (NIPAM- CO -AAm)], üç boyutlu jelatin ağları 8 içinde küçük bir bileşen olarak zincirler. Jelatin / s (NIPAM- CO -AAm) mikrojel pozitif büyükbaş hayvan serum albümini (BSA) serbest bırakılması için, ilişkili sıcaklık artışı, bir ayarlanabilir büzülme sergilemiştir.
Son birkaç yıl içinde, bir on-demand moda 9,10 ilacın salımını tetikleyebilir bir manyetik duyarlı ilaç dağıtım platformu geliştirmek için çabalar artmaktadır. manyetik yanıt ilaç verme platformun sentezi için temel prensip süperparamanyetik nanopartiküllerin özelliği (kullanırbir sıcaklığa duyarlı madde salgılar manyetik alan (AMF), yüksek frekanslı dalgalı aldığınızda MNPS) ısı üretmek için. Bu, bu sistem dokusu içine derin hedef olabilir gelecekteki klinik uygulamalar için umut vaat non-invaziv ve uzaktan kontrollü ilaç salımını sağlayan ve hipertermi tedavisi ve manyetik rezonans görüntüleme sistemiyle 10-12 ile kombine edilebilir. Bu tür platformlar aşağıdakileri içerir: (1) MNPS / pNIPAM hibrid mikrojel tanecikleri 13-15 ve (2) makroskopik hidrojel iskeleleri immobilize da kapsayan MNPS 16-18. pNIPAM tabanlı mikrojel platformları manyetik-termik uyaranlara ince ayarlanabilir hacimli faz geçiş tepki gösterdi. Bununla birlikte, potansiyel olarak di vivo uygulamaları sınırlayabilir hücre 19 için sitotoksik olabilir imalat ve içeriği yüksek olan pNIPAM polimerlerin kullanımında karmaşık ve sofistike teknikler de kullanabilir. makroskopik iskeleleri göreli sergileyenly yavaş dış uyaranlara tepki ve kolloidal mikrojelleri kıyasla invazif cerrahi nakli gerektirir.
Su-içinde-yağ emülsiyonlaştırıcı milimetre altı ya mikrometre büyüklüğünde jeli 20 partiküllerinin üretilmesi için standart yöntem olmuştur. emülsiyonun su-yağ arayüz olarak, mikrojel partikül bağlı mekanik kesme kuvveti altında su damlasının yüzey enerjisinin azaltılması için küresel bir şekil oluşturur. Bu yöntem, basit bir üretim prosedürü sulu küresel jel damlacıklarının büyük bir miktarda üretimine olanak sağlayan ve başarılı bir şekilde ilaç verme uygulamaları 21-23 jelatin bazlı mikrojellerinin imal edilmesi için kabul edilmiştir.
Burada, su-içinde-yağ emülsiyonlaştırıcı yöntemi ile ilaç verme uygulaması için magnetothermally duyarlı jelatin esaslı mikrojellerinin sentezlemek için, basit bir yöntem sunulmaktadır. Bu fiziksel içeren demir oksit MNPS ve p (NIPAM- eş tarafından sağlandı -AAm) kovalent bir manyetik alan (AMF) uygulama sistemi, yüksek frekanslı dalgalı ile bağlantılı olarak, doğal olarak türetilen çapraz bağlayıcı genipin ile çapraz bir küresel mikro jelatin ağı içinde küçük bir bileşen olarak zincirler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Burada anlatılan teknoloji manyeto-termal tetiklenen ilaç salınımı için nanoparçacık-mikrojel melezleri kullanımına ilişkin kavramının bir kanıtı göstermektedir. Bu durum, fiziksel genipin ile çapraz bağlanmış bir mikro üç boyutlu jelatin ağında MNPS ve p (NIPAM- CO -AAm) zinciri tutulmasıyla da elde edilmiştir. Manyetik alan-duyarlı bir platform da model bir ilaç, BSA serbest tetiklenen uzaktan tatbik AMF, yanıt olarak mikro jelin içindeki ısı üretmek için yeterli olmuştur. <…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Farris Aile İnovasyon Ödülü ve MK NIH 1R01NR015674-01 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar elektro-manyetik jeneratör sistemi yanı sıra, onun teknik danışmanlık sağlamak için Josep Nayfach (Qteris, Inc) teşekkür ederim. Yazarlar ayrıca onun teknik asistanlar için Huan Yan (LCI ve Kimya Fizik Disiplinlerarası Programı, Kent State Üniversitesi) teşekkür ederim.
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 |
Riferimenti
- Langer, R. Biomaterials in drug delivery and tissue engineering: one laboratory’s experience. Acc. Chem. Res. 33, 94-101 (2000).
- Rivest, C. M., Morrison, D., Ni, B., Rubib, J., Yadav, V., Mahdavi, A., Karp, J., Khademhosseini, A. Microscale hydrogels for medicine and biology: synthesis, characteristics and applications. J Mech Mater Struct. 2, 1103-1119 (2007).
- Kawaguchi, H. Thermoresponsive microhydrogels: preparation, properties and applications. Polym. Int. 63, 925-932 (2014).
- Vinogradov, S. V. Colloidal microgels in drug delivery applications. Curr. Pharm. Des. 12, 4703-4712 (2006).
- Liechty, W. B., Kryscio, D. R., Slaughter, B. V., Peppas, N. A. Polymers for drug delivery systems. Annu Rev Chem Biomol Eng. 1, 149-173 (2010).
- Kumari, A., Yadav, S. K., Yadav, S. C. Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems. Colloids Surf. B Biointerfaces. 75, 1-18 (2010).
- Shibayama, M., Tanaka, T. Volume Phase-Transition and Related Phenomena of Polymer Gels. Adv Polym Sci. 109, 1-62 (1993).
- Sung, B., Kim, C., Kim, M. H. Biodegradable colloidal microgels with tunable thermosensitive volume phase transitions for controllable drug delivery. J Colloid Interface Sci. 450, 26-33 (2015).
- Kumar, C. S., Mohammad, F. Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 63, 789-808 (2011).
- Mura, S., Nicolas, J., Couvreur, P. Stimuli-responsive nanocarriers for drug delivery. Nat. Mater. 12, 991-1003 (2013).
- Kong, S. D., et al. Magnetic field activated lipid-polymer hybrid nanoparticles for stimuli-responsive drug release. Acta biomaterialia. 9, 5447-5452 (2013).
- Hayashi, K., et al. Magnetically responsive smart nanoparticles for cancer treatment with a combination of magnetic hyperthermia and remote-control drug release. Theranostics. 8, 834-844 (2014).
- Suzuki, D., Kawaguchi, H. Stimuli-sensitive core/shell template particles for immobilizing inorganic nanoparticles in the core. Colloid Polym Sci. 284, 1443-1451 (2006).
- Bhattacharya, S., Eckert, F., Boyko, V., Pich, A. Temperature-, pH-, and magnetic-field-sensitive hybrid microgels. Small. 3, 650-657 (2007).
- Wong, J. E., Gaharwar, A. K., Muller-Schulte, D., Bahadur, D., Richtering, W. Dual-stimuli responsive PNiPAM microgel achieved via layer-by-layer assembly: Magnetic and thermoresponsive. J Colloid Interf Sci. 324, 47-54 (2008).
- Zhao, X., et al. Active scaffolds for on-demand drug and cell delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 67-72 (2011).
- Xu, F., et al. Release of magnetic nanoparticles from cell-encapsulating biodegradable nanobiomaterials. ACS nano. 6, 6640-6649 (2012).
- Li, Y. H., et al. Magnetic Hydrogels and Their Potential Biomedical Applications. Adv Funct Mater. 23, 660-672 (2013).
- Cooperstein, M. A., Canavan, H. E. Assessment of cytotoxicity of (N-isopropyl acrylamide) and poly(N-isopropyl acrylamide)-coated surfaces. Biointerphases. 8, 19 (2013).
- Jorgensen, L., Moeller, E. H., van de Weert, M., Nielsen, H. M., Frokjaer, S. Preparing and evaluating delivery systems for proteins. Eur J Pharm Sci. 29, 174-182 (2006).
- Holland, T. A., Tabata, Y., Mikos, A. G. In vitro release of transforming growth factor-beta 1 from gelatin microparticles encapsulated in biodegradable, injectable oligo(poly(ethylene glycol) fumarate) hydrogels. J Control Release. 91, 299-313 (2003).
- Liang, H. C., Chang, W. H., Lin, K. J., Sung, H. W. Genipin-crosslinked gelatin microspheres as a drug carrier for intramuscular administration: in vitro and in vivo studies. J Biomed Mater Res. Part A. 65, 271-282 (2003).
- Solorio, L., Zwolinski, C., Lund, A. W., Farrell, M. J., Stegemann, J. P. Gelatin microspheres crosslinked with genipin for local delivery of growth factors. J Tissue Eng Regen Med. 4, 514-523 (2010).
- Regmi, R., et al. Hyperthermia controlled rapid drug release from thermosensitive magnetic microgels. J Mater Chem. 20, 6158-6163 (2010).
- Kim, M. H., et al. Magnetic nanoparticle targeted hyperthermia of cutaneous Staphylococcus aureus infection. Ann Biomed Eng. 41, 598-609 (2013).
- Ivkov, R., et al. Application of high amplitude alternating magnetic fields for heat induction of nanoparticles localized in cancer. Clin Cancer Res. 11, 7093s-7103s (2005).
- Huang, S., Fu, X. Naturally derived materials-based cell and drug delivery systems in skin regeneration. J Control Release. 142, 149-159 (2010).
- Malafaya, P. B., Silva, G. A., Reis, R. L. Natural-origin polymers as carriers and scaffolds for biomolecules and cell delivery in tissue engineering applications. Adv. Drug Deliv. Rev. 59, 207-233 (2007).
- Shah, R., Kim, J., Agresti, J., Weitz, D., Chu, L. Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices. Soft Matter. 4, 2303-2309 (2008).
- Hoare, T., et al. Magnetically triggered nanocomposite membranes: a versatile platform for triggered drug release. Nano letters. 11, 1395-1400 (2011).
