Nanosponge Einstellbarkeit in Größe und Dichte Vernetzung
Summary
Dieser Artikel beschreibt ein Verfahren zur Optimierung der Größe und Vernetzung Dichte kovalent vernetzt Nanopartikel aus linearen Polyestern mit Anhänger-Funktionalität. Durch maßgeschneiderte Synthese Parameter (Molekulargewicht Polymer, Anhänger Funktionalität Einarbeitung und Vernetzer Äquivalente), kann eine gewünschte Nanopartikel Größe und Vernetzung Dichte für Drug Delivery Anwendungen erreicht werden.
Abstract
Wir beschreiben ein Protokoll für die Synthese von linearen Polyestern, Anhänger Epoxid Funktionalität und ihre Einbindung in ein Nanosponge mit kontrollierten Dimensionen enthält. Dieser Ansatz beginnt mit der Synthese von einer funktionalisierten Lacton die Schlüssel für die Anhänger Funktionalisierung des resultierenden Polymers ist. Valerolactone (VL) und Allyl-Valerolactone (AVL) sind dann copolymerisiert mit ringöffnende Polymerisation. Post-Polymerisation Modifikation dient dann ein Epoxid glyko-auf einige oder alle der Anhänger-Allyl-Gruppen zu installieren. Epoxy-Amin Chemie wird in Form von Nanopartikeln in einer verdünnten Lösung von Polymer und niedermolekularer Diamin Vernetzer basierend auf die gewünschte Nanosponge Größe und Vernetzung Dichte eingesetzt. Nanosponge Größen können durch Übertragung Elektronenmikroskopie (TEM) imaging zu bestimmen, die Dimension und die Verteilung charakterisiert werden. Diese Methode bietet einen Weg durch den höchst abstimmbare Polyestern abstimmbaren Nanopartikel erstellen können, die für niedermolekulare Arzneimittel Kapselung verwendet werden können. Aufgrund der Beschaffenheit des Rückgrats sind diese Partikel hydrolytically und enzymatisch abbaubar für eine kontrollierte Freisetzung einer breiten Palette von hydrophoben kleine Moleküle.
Introduction
Genau die Größe und Vernetzung Dichte von Nanopartikeln basierend auf intermolekularen Vernetzung tuning ist von großer Bedeutung zu beeinflussen und lenken die Droge Freisetzungsprofil diese Nanosysteme1. Gestaltung Nanosponge Einstellbarkeit, d. h.Vorbereitung Partikel von verschiedenen Netzwerk-dichten, ist angewiesen auf die Anhänger-Funktionalität des Polymers Vorläufer und die Äquivalente der hydrophilen Vernetzer aufgenommen. Bei diesem Ansatz ist die Konzentration der Vorläufer und Vernetzer in dem Lösungsmittel wichtig, Form-Nanopartikel eine diskrete Größe anstatt eine Bulk-Gel. Mit Hilfe quantitativer Kernresonanzspektroskopie (NMR) als Charakterisierung Technik ermöglicht die genaue Bestimmung der eingearbeitete Anhänger Funktionalität und Molekulargewicht Polymer. Sobald Nanopartikel gebildet werden, können sie konzentriert und ohne den Charakter einer Nanogel in Organics solubilisiert.
Neuere Arbeiten in Nanopartikel-Drug-Delivery konzentriert sich auf die Verwendung von Poly (Milchsäure-co-Glykolsäure) (PLGA) selbst zusammengebaut Nanopartikel2,3,4,5,6. PLGA hat abbaubarem Ester-Verbindungen macht es für Drug Delivery Anwendungen geeignet und wird häufig kombiniert mit Poly(ethylene glycol) (PEG) aufgrund seiner Stealth-Eigenschaften-7. Jedoch können nicht aufgrund der selbst-zusammengebauten PLGA Partikelbildung Partikel in Bio für weitere Funktionalisierung solubilisiert werden. Im Gegensatz zur PLGA Nanopartikel bietet die vorgeschlagene Methode kovalente Vernetzung bilden ein Nanopartikel mit definierten Größen und Morphologie, die stabil in organischen Stoffen und in wässrigen Lösungen1abgebaut. Vorteile dieses Ansatzes sind die Möglichkeit, weitere chemisch funktionalisieren die Oberfläche des Nanosponge8, und seine Stabilität in organischen Lösungsmitteln verwendet werden, für das nach dem Laden der Partikel mit Arzneimittel zur Behandlung von1,9. Mit dieser Methode kann die Kapselung der hydrophoben kleine Moleküle durch Fällung in wässrigen Medien erreicht werden. Die Hydrophobie des Polyester-Backbones gemeinsam mit der hydrophilen kurze Vernetzer verleiht diese Partikel einen amorphe Charakter bei Körpertemperatur. Darüber hinaus kann das Teilchen nach Medikament laden, feine Suspensionen in wässrigen Medien bereitwillig injizierten in Vivozu bilden. Es ist unser Ziel in dieser Arbeit zu bewerten die Parameter für die Synthese von diesen Polyester Nanosponges und diejenigen, die von entscheidender für das Design und die Kontrolle über Größe und Morphologie Bedeutung zu bestimmen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Reproduzierbare Nanosponge Größen zu erhalten ist Droge Lieferung Anwendungen unerlässlich. Mehrere Parameter bei der Polymerisation und Nanosponge beeinflussen die Größe und Crosslink Dichte der entstehenden Teilchen. Drei wichtige Parameter wurden in unserer Analyse identifiziert: Polymer Molekulargewicht, Epoxid-Anhänger-Funktionalität und Vernetzer Entsprechungen. Um eine Reihe von Molekulargewichten und Epoxid-Funktionalitäten für die Nanosponge-Synthese zu erzeugen, muss die Stöchiometrie des VL –co -…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LK ist dankbar für die Finanzierung von der National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (DGE-1445197) und Vanderbilt Universität Fachbereich Chemie. LK und EH möchte danken, die Finanzierung für das Osiris TEM Instrument (NSF-EPS-1004083).
Materials
| 2,2'-(Ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | 385506-100ML | |
| 3-methyl-1-butanol | Sigma-Aldrich | 309435-100ML | anhydrous, ≥99% |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 179124-4L | |
| Allyl bromide | Sigma-Aldrich | A29585-5G | ≥99% |
| Ammonium chloride | Fisher Scientific | A661-500 | saturated solution in DI water |
| Cell culture water | Sigma-Aldrich | W3500-500ML | Filtered through 0.45 μm syringe filter |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | anhydrous, ≥99%, contains 40-150 ppm amylene as stabilizer |
| Ethyl Acetate | Fisher Scientific | E145SK-4 | |
| EZFlow 0.2 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-2116-OEM | Hydrophillic PTFE, 13 mm |
| EZFlow 0.45 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-3126-OEM | Hydrophillic PTFE, 25 mm |
| Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Test Tubes with Plain End | Fisher Scientific | 14-961-31 | |
| Fisherbrand Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-666-318 | 1.5 mL |
| Hamilton Microliter Syringe, 100 μL | Hamilton Company | 80600 | Model 710 N SYR, Cemented NDL, 22s ga, 2 in, point style 2 |
| Hexamethylphosphoramide | Sigma-Aldrich | H11602-100G | ≥99%, contains ≤1000 ppm propylene oxide as stabilizer |
| Hexanes | Fisher Scientific | H292-4 | |
| Magnesium sulfate anhydrous | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Meta-chloroperoxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | 273031-100G | Purified to ≥99% by buffer wash |
| Methanol (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415-100ML | anhydrous, ≥99% |
| N-butyllithium solution | Sigma-Aldrich | 230707-100ML | 2.5 M in hexanes |
| N,N-diisopropylethylamine | Sigma-Aldrich | 550043-500ML | ≥99% |
| Parafilm M | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| PELCO Pro Reverse (Self-Closing) Tweezers | Ted Pella, Inc. | 5375-NM | |
| Phosphotungstic acid hydrate | Alfa Aesar | 40116 | |
| Q55 Sonicator | Qsonica | Q55-110 | 55 Watts, 20 kHz |
| SiliaMetS Cysteine | Silicycle | R80530B-10g | |
| SnakeSkin Dialysis Clips | Thermo Scientific | 68011 | |
| SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO | Thermo Scientific | 68100 | |
| Sodium bicarbonate | Fisher Scientific | 5233-500 | saturated solution in DI water |
| TEM grid | Ted Pella, Inc. | 01822-F | Ultrathin Carbon Type-A, 400 mesh, Copper, approx. grid hole size: 42µm |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 401757-1L | Anhydrous, ≥99.9%, inhibitor-free |
| Tin(II) trifluoromethanesulfonate | Sigma-Aldrich | 388122-1G | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Whatman Filter Paper, Grade 1 | Fisher Scientific | 09-805H | Circles, 185 mm |
| δ-valerolactone | Sigma-Aldrich | 389579-100ML | Purified by vacuum distillation |
Riferimenti
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