Ajustabilidade de Nanoesponjas em Tamanho e Densidade Reticular
Summary
Este artigo descreve um processo para ajustar a densidade de tamanho e reticulação de covalentemente quitosana nanopartículas de poliéster linear contendo funcionalidade pendente. Ajustando os parâmetros de síntese (peso molecular de polímeros, incorporação de funcionalidades de pingente e crosslinker equivalentes), uma densidade de tamanho e reticulação de nanopartículas desejado pode ser alcançada para aplicações de entrega de drogas.
Abstract
Descreveremos um protocolo para a síntese de poliéster linear contendo pingente epóxido funcionalidade e sua incorporação de um nanosponge com dimensões controladas. Essa abordagem começa com a síntese de uma lactona funcionalizada, que é a chave para o functionalization pingente do polímero resultante. Valerolactona (VL) e alil-valerolactona (AVL) são então copolymerized usando anel de abertura polimerização. Modificação de pós-polimerização é usada para instalar um moiety epóxido em alguns ou todos os grupos de alilo pendente. Química do epóxi-amina é empregada para nanopartículas de formulário em uma solução diluída de polímero e pequena molécula diamina crosslinker baseado na densidade desejada nanosponge tamanho e reticulação. Nanosponge tamanhos podem ser caracterizados por transmissão (TEM) microscopia eletrônica de varredura de imagem para determinar a dimensão e a distribuição. Este método fornece um caminho pelo qual poliésteres altamente sintonizáveis podem criar nanopartículas ajustáveis, que podem ser usadas para o encapsulamento de drogas pequena molécula. Devido à natureza do backbone, estas partículas são hydrolytically e enzimaticamente degradáveis para uma liberação controlada de uma vasta gama de moléculas pequenas hidrofóbicas.
Introduction
Precisamente, ajuste a densidade de tamanho e reticulação de nanopartículas com base na reticulação intermolecular é de grande importância para influenciar e orientar o perfil de liberação de drogas desses nanosistemas1. Projetando nanosponge pré-definido, ou seja, preparando partículas de densidades de rede diferentes, é dependente em cima a funcionalidade de pingente do polímero precursor e os equivalentes do crosslinker hidrofílico incorporada. Nesta abordagem, a concentração do precursor e agente reticulante no solvente é importante forma de nanopartículas de um tamanho discreto, em vez de um gel de volume. Utilizando a espectroscopia quantitativa da ressonância magnética nuclear (NMR) como uma técnica de caracterização permite a determinação precisa da funcionalidade incorporada pingente e peso molecular de polímeros. Uma vez que as nanopartículas são formadas, podem ser concentrados e solubilizados em produtos orgânicos, sem ter o caráter de um nanogel.
Trabalho recente na entrega da droga nanopartículas centrou-se na utilização de poli (lático-co-ácido glicólico) (PLGA) Self montado nanopartículas2,3,4,5,6. PLGA tem ligações éster degradável que torná-lo adequado para aplicações de entrega de drogas e é frequentemente combinada com poly(ethylene glycol) (PEG) devido a suas propriedades stealth7. No entanto, devido à natureza Self montada da formação de partículas PLGA, as partículas não podem ser solubilizadas em produtos orgânicos para functionalization ainda mais. Em contraste com nanopartículas PLGA, o método proposto fornece reticulação covalente formando uma nanopartícula com tamanhos definidos e morfologia, que são estáveis em produtos orgânicos e degradar em soluções aquosas1. As vantagens desta abordagem são a capacidade de ainda mais quimicamente funcionalizar a superfície do nanosponge8, e sua estabilidade em solventes orgânicos pode ser usada para o pós-carregamento das partículas com compostos farmacêuticos1,9. Com este método, encapsulamento de moléculas pequenas hidrofóbicas pode ser alcançado pela precipitação em meio aquoso. A hidrofobicidade da espinha dorsal do poliéster juntamente com o hidrofílico crosslinker curto dá estas partículas um caráter amorfo à temperatura corporal. Além disso, após o carregamento de drogas, a partícula pode formar suspensões bem em meios aquosos para ser facilmente injetado em vivo. É nosso objetivo neste trabalho para avaliar os parâmetros para a síntese destes nanosponges do poliéster e determinar aqueles que são de vital importância para o projeto e o controle do tamanho e morfologia.
Protocol
Representative Results
Discussion
Obtenção de tamanhos nanosponge reprodutível é vital em aplicações de entrega de drogas. Vários parâmetros na síntese de polimerização e nanosponge afetam o tamanho e o crosslink densidade da partícula resultante. Três parâmetros importantes foram identificados em nossa análise: peso molecular de polímeros, epóxido pingente funcionalidade e crosslinker equivalentes. A fim de produzir uma gama de pesos moleculares e epóxido funcionalidades para a síntese de nanosponge, a estequiometria do VL –co -</…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LK é grato para o financiamento do National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (DGE-1445197) e departamento de química da Universidade Vanderbilt. LK e EH gostaria de agradecer o financiamento para o instrumento TEM de Osiris (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
- van der Ende, A. E., Sathiyakumar, V., Diaz, R., Hallahan, D. E., Harth, E. Linear release nanoparticle devices for advanced targeted cancer therapies with increased efficacy. Polym Chem. 1 (1), 93 (2010).
- Sharma, S., Parmar, A., Kori, S., Sandhir, R. PLGA-based nanoparticles: A new paradigm in biomedical applications. Trends Anal Chem. 80, 30-40 (2016).
- Cao, L. B., Zeng, S., Zhao, W. Highly Stable PEGylated Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Nanoparticles for the Effective Delivery of Docetaxel in Prostate Cancers. Nanoscale Res Lett. 11 (1), 305 (2016).
- Chelopo, M. P., Kalombo, L., Wesley-Smith, J., Grobler, A., Hayeshi, R. The fabrication and characterization of a PLGA nanoparticle-Pheroid® combined drug delivery system. J Mater Sci. 52 (6), 3133-3145 (2016).
- Guan, Q., et al. Preparation, in vitro and in vivo evaluation of mPEG-PLGA nanoparticles co-loaded with syringopicroside and hydroxytyrosol. J Mater Sci Mater Med. 27 (2), 24 (2016).
- Cannava, C., et al. Nanospheres based on PLGA/amphiphilic cyclodextrin assemblies as potential enhancers of Methylene Blue neuroprotective effect. RSC Adv. 6, 16720-16729 (2016).
- Locatelli, E., Franchini, M. C. Biodegradable PLGA-b-PEG polymeric nanoparticles: synthesis, properties, and nanomedical applications as drug delivery system. J Nanopart Res. 14 (12), (2012).
- van der Ende, A. E., Croce, T., Hamilton, S., Sathiyakumar, V., Harth, E. M. Tailored polyester nanoparticles: post-modification with dendritic transporter and targeting units via reductive amination and thiol-ene chemistry. Soft Matter. 5 (7), 1417 (2009).
- Lockhart, J. N., Stevens, D. M., Beezer, D. B., Kravitz, A., Harth, E. M. Dual drug delivery of tamoxifen and quercetin: Regulated metabolism for anticancer treatment with nanosponges. J Control Release. 220 (Pt. B), 751-757 (2015).
- Shriner, R. L., Hermann, C. K. F., Morrill, T. C., Curtin, D. Y., Fuson, R. C. . The Systematic Identification of Organic Compounds. , (2004).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1987).
- Williams, D. B., Barry Carter, C. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).
- van der Ende, A. E., Kravitz, E. J., Harth, E. M. Approach to Formation of Multifunctional Polyester Particles in Controlled Nanoscopic Dimensions. J Am Chem. Soc. 130 (27), 8706-8713 (2008).
- Stevens, D. M., Watson, H. A., LeBlanc, M. A., Wang, R. Y., Chou, J., Bauer, W. S., Harth, E. M. Practical polymerization of functionalized lactones and carbonates with Sn(OTf)2 in metal catalysed ring- opening polymerization methods. Polym Chem. 4, 2470-2474 (2013).
