급속 하 고, 확장 가능한 어셈블리 및 플래시 Nanoprecipitation 통해 다양 한 합성 Nanocarriers에 생리 활성 단백질의 Immunostimulants 로드
Summary
나노 소재 기초 과학 및 변환 응용 프로그램에 대 한 제어 치료 납품의 다양 한 메커니즘을 제공 하지만 그들의 제조를 종종 가장 생물 의학 연구소에서 제공 하는 전문. 여기, 우리가 현재 확장 가능한 제조 및 플래시 nanoprecipitation를 사용 하 여 다양 한 자기 조립된 nanocarriers의 치료 로드에 대 한 프로토콜.
Abstract
나노 치료 및 이미징 응용 프로그램에 대 한 단일 및 결합 된 분자 페이로드의 제어 납품을 사용자 지정 하는 옵션의 넓은 범위를 제공 합니다. 이 증가 한 특이성은 더 높은 힘으로 감소 부작용 및 낮은 복용량을 포함 하 여 중요 한 임상 암시를 가질 수 있습니다. 또한, 위치 타겟팅 및 특정 셀 하위 집합의 제어 변조 수 강화 기본 생물학 현상의 생체 외에서 그리고 vivo에서 조사 하 고 세포의 기능을 조사. 나노 과학, 화학 및 종종 엔지니어링에 필요한 전문 지식을 조작 하 고 그들의 수사를 위해 도구 또는 차량으로 나노를 사용자 지정에서이 분야에 있는 경험 없이 실험실을 금지 하는 불행 하 게도, 그들의 치료 전략입니다. 여기, 우리는 합성 및 손쉬운 형성에 의무가 다양 한 비 독성 블록 공중 합체 시스템의 확장성 어셈블리와 나노 생명 의학 어플리케이션에 대 한 자동차의 로드에 대 한 프로토콜을 제공합니다. 플래시 nanoprecipitation poly(ethylene glycol)-bl에서 다양 한 nanocarriers의 급속 한 제조에 대 한 방법론으로 제시-폴 리 (프로필 렌 황화) 공중 합체. 이러한 프로토콜 실험실 다양 한 지식과 리소스를 쉽게 허용 하 고 reproducibly 그들의 응용 프로그램에 대 한 고급 nanocarrier 전달 시스템을 조작 합니다. 설계 및 플래시 nanoprecipitation를 촉진 하기 위하여 고속 주사기 펌프를 사용 하는 자동화 된 악기의 건설을 처리 하 고는 동질성을 향상 된 하 게 제어할 수 있도록, 크기, 형태 및 polymersome nanocarriers의 로드는 설명.
Introduction
Nanocarriers 작고 고분자 화물, 제어 전송 허용 포함 활성 엔터티 하지 않을 경우, 캡슐화, 높은 분해 또는 vivo에서관리에 대 한 너무 소수 될 것 이다. 정기적으로 조작 nanocarrier 형태학의 폴리머 소포 리 (polymersomes 라고도 함)에 유사한 동시에 친수성 및 소수 성 화물1,2로드 기능을 제공 합니다. 그들의 유망한 장점에도 불구 하 고 polymersomes가 드물다 아직도 임상 응용에 인해, 부분적으로, 그들의 제조에 몇 가지 주요 과제를. 임상 사용을 위해 polymersome 공식 대규모, 살 균, 및 일관 된 일괄 처리에서 만들어질 필요가 있다.
다양 한 기술 diblock 공중 합체, poly(ethylene glycol)-블록등에서 양식 polymersomes를 사용할 수 있습니다-폴 리 (프로필 렌 황화) (페그-bl-조달 청), 용 매 분산3, 박막 재1 를 포함 하는 , 4, 마이크로 5,6, 그리고 직접 수 화7. 용 매 분산 단백질 같은 몇몇 bioactive 페이로드 변성 수 있습니다 유기 용 매 존재 긴 부 화 시간을 포함 한다. 박막 재 팬 들은 종종 요구 수용 monodispersity를 달성 하기 위해 비싸고 시간이 많이 걸리는 압출 기술이 형성된 polymersomes 증가할수록 제어의 정보를 제공 하지 않습니다. 또한, microfluids 및 직접 수 화는 큰 생산 볼륨 최대 규모 어렵다. 다른 nanocarrier 제조 방법의 플래시 nanoprecipitation (FNP) 대규모 및 재현성 정립8,,910을 할 수 있는 능력을 제공 합니다. 연구소는 최근 FNP 다양 한 PEG-bl-조달 청 nanostructure 형태학11, 의 일관 된 형성을 포함 하도록 사용 확장 FNP 이전 솔리드 코어 나노 입자의 정립에 대 한 소유 했다, 그러나 12, polymersomes11 와 bicontinuous 나노12를 포함 하 여. 우리는 발견 FNP 했다 성형 압출, 필요 없이 polymersomes의 단 분산 공식의 수 비 압출 polymersomes 박막 재 및 용 매 분산에 의해 형성 된에 비해 우수한 증가할수록 인덱스 값에 따른 11. 그들의 큰 소수 도메인, Bicontinuous 나노 박막 재 수 FNP12용 매 조건 아래 형성에 불구 하 고에 의해 형성 될 수 없었습니다.
여기,bl-조달 청 diblock 공중 합체 polymersome 형성에 사용 된 말뚝-의 합성에 대 한 자세한 설명을 제공, 한정 된 충돌 제트기 (CIJ) 믹서는 FNP FNP 사용 프로토콜 자체, 및 자동화 된 시스템을 구현 사용자 변화를 줄일 수 있습니다. 충분히 내 무료 공식 사용에서 vivo에서, 및 polymersomes FNP에 의해 형성의 특성에 관하여 대표 데이터를 생산 하는 시스템을 소독 하는 방법에 대 한 정보는 포함 됩니다. 이 정보를 polymersomes 생체 외에서 그리고 vivo에서 작업에 대 한 활용에 관심을 가진 독자 그들의 자신의 살 균, 단 분산 공식 조작 하 수 있을 것입니다. Nanocarrier 공식에 폴리머 합성 전문 경험을 가진 독자 급속 하 게 그들의 현재 배합 기술에 대 한 잠재적인 대안 FNP 사용 하 여 그들의 자신의 폴리머 시스템을 테스트할 수 있게 됩니다. 또한, 여기에 설명 된 프로토콜 nanocarriers 나노기술 실험실 과정에서의 수립을 위한 교육 도구로 사용할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 polymersomes 말뚝17–bl-조달 청35를 사용 하 여의 급속 한 제조에 대 한 자세한 지침을 제공-SH diblock 공중 합체로. 기공을 polymersomes 친수성이 고 소수 조달 청 블록 분자량의이 비율에서 조립 기본 집계 형태입니다. 여러 번 충돌 하는 경우 그들은 직경 및 일치 후 200 nm 멤브레인 통해 압출 polymersomes 증가할수록 박막 화를 통해 형성. 이 프로토콜은 따라서 단 분산 pol…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리는 직원 및 계측 노스웨스턴 대학에서 구조 생물학 시설에서 지원 인정 합니다. 상대습도 Lurie 종합 암 센터의 노스웨스턴 대학교와 노스웨스턴 대학교 구조 생물학 시설 지원은 인정 했다. Gatan k 2 직접 전자 검출기는 Searle 자금 시카고 커뮤니티 트러스트에서 지 원하는 시카고 생명 컨소시엄에서 제공 하는 자금으로 구입 했습니다. 우리는 또한 노스웨스턴 대학에서 다음 시설 감사: 켁 학 제 표면 과학 시설, 구조 생물학 시설, 생물 학적 영상 시설, 고급 분자 이미징 센터와는 분석 Bionanotechnology 장비 코어입니다. 이 연구는 국립 과학 재단 교부 금 1453576, 국가 학회 건강 감독의 새로운 혁신 상 1DP2HL132390-01, 재생 Nanomedicine 카 탈 수상 한 2014 맥코믹 카 탈 수상 센터에 의해 지원 되었다. SDA는 NIH predoctoral 생명 공학 교육 그랜트 T32GM008449에 의해 부분에서 지원 했다.
Materials
| CanaKit Raspberry Pi 3 Ultimate Starter Kit – 32 GB Edition | CanaKit | UPC 682710991511 | |
| Linear Bearing Platform (Small) – 8mm Diameter | Adafruit | 1179 | |
| Linear Motion 8 mm Shaft, 330 mm Length, Chrome Plated, Case Hardened, Metric | VXB | kit11868 | |
| Linear Rail Shaft Guide/Support – 8 mm Diameter | Adafruit | 1182 | |
| Manual-Position Precision Slide 4.5" Stroke, 15 lb load capacity | McMaster-Carr | 5236A16 | |
| MTPM-P10-1JK43 Iron Horse DC motor | Iron Horse | MTPM-P10-1JK43 | |
| Official Raspberry Pi Foundation 7" Touchscreen LCD Display | Raspberry Pi | B0153R2A9I (ASIN) | |
| PicoBorg Reverse – Advanced motor control for Raspberry Pi | PiBorg | BURN-0011 | |
| Pololu Carrier with Sharp GP2Y0D810Z0F Digital Distance Sensor 10cm | Pololu | 1134 | |
| Ruland PSR16-5-4-A Set Screw Beam Coupling, Polished Aluminum, Inch, 5/16" Bore A Diameter, 1/4" Bore B Diameter, 1" OD, 1-1/4" Length, 44 lb-in Nominal Torque | Ruland | PSR16-5-4-A | |
| Polyethylene glycol monomethyl ether | Sigma Aldrich | 202495 | |
| Methanesulfonyl chloride | Sigma Aldrich | 471259 | |
| Toluene | Sigma Aldrich | 179418 | |
| Toluene, Anhydrous | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Triethylamine | Sigma Aldrich | T0886 | |
| Celite 545 (Diatomaceous Earth) | Sigma Aldrich | 419931 | |
| Dichloromethane | Sigma Aldrich | 320269 | |
| Diethyl ether | Sigma Aldrich | 296082 | |
| N,N-Dimethylformamide, anhydrous | Sigma Aldrich | 227056 | |
| Potassium carbonate | Sigma Aldrich | 791776 | |
| Thioacetic acid | Sigma Aldrich | T30805 | |
| Tetrahydrofuran | Sigma Aldrich | 360589 | |
| Aluminum oxide, neutral, activated, Brockmann I | Sigma Aldrich | 199974 | |
| Sodium methoxide solution, 0.5 M in methanol | Sigma Aldrich | 403067 | |
| Propylene sulfide | Sigma Aldrich | P53209 | |
| Acetic acid | Sigma Aldrich | A6283 | |
| Methanol | Sigma Aldrich | 320390 | |
| Sodium hydroxide solution 1.0 N | Sigma Aldrich | S2770 | |
| Endotoxin-free water | GE Healthcare Life Sciences | SH30529.01 | |
| Paper pH strips | Fisher Scientific | 13-640-508 | |
| Endotoxin-free Dulbecco's PBS | Sigma Aldrich | TMS-012 | |
| Borosilicate glass scintillation vials | Fisher Scientific | 03-337-4 | |
| 1 mL all-plastic syringe | Thermo Scientific | S75101 | |
| Sepharose CL-6B | Sigma Aldrich | CL6B200 | |
| Liquid chromatography column | Sigma Aldrich | C4169 | |
| CIJ mixer, HDPE | Custom | ||
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 | |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma Aldrich | 216763 | |
| HEK-Blue hTLR4 | InvivoGen | hkb-htlr4 | |
| RAW-Blue Cells | InvivoGen | raw-sp | |
| QUANTI-Blue | InvivoGen | rep-qb1 | |
| PYROGENT Gel Clot LAL Assays | Lonza | N183-125 |
Riferimenti
- Stano, A., Scott, E. A., Dane, K. Y., Swartz, M. A., Hubbell, J. A. Tunable T cell immunity towards a protein antigen using polymersomes vs. solid-core nanoparticles. Biomaterials. 34 (17), 4339-4346 (2013).
- Discher, B. M., et al. Polymersomes: tough vesicles made from diblock copolymers. Science. 284 (5417), 1143-1146 (1999).
- Vasdekis, A. E., Scott, E. A., O’Neil, C. P., Psaltis, D., Hubbell, J. A. Precision intracellular delivery based on optofluidic polymersome rupture. ACS Nano. 6 (9), 7850-7857 (2012).
- Yi, S., et al. Tailoring Nanostructure Morphology for Enhanced Targeting of Dendritic Cells in Atherosclerosis. ACS Nano. 10 (12), 11290-11303 (2016).
- Shum, H. C., Kim, J. W., Weitz, D. A. Microfluidic fabrication of monodisperse biocompatible and biodegradable polymersomes with controlled permeability. Journal of the American Chemical Society. 130 (29), 9543-9549 (2008).
- Pessi, J., et al. Microfluidics-assisted engineering of polymeric microcapsules with high encapsulation efficiency for protein drug delivery. International Journal of Pharmaceutics. 472 (1-2), 82-87 (2014).
- O’Neil, C. P., Suzuki, T., Demurtas, D., Finka, A., Hubbell, J. A. A novel method for the encapsulation of biomolecules into polymersomes via direct hydration. Langmuir. 25 (16), 9025-9029 (2009).
- Saad, W. S., Prud’homme, R. K. Principles of nanoparticle formation by flash nanoprecipitation. Nano Today. 11 (2), 212-227 (2016).
- Johnson, B. K., Prud’homme, R. K. Mechanism for rapid self-assembly of block copolymer nanoparticles. Physical Review Letters. 91 (11), 118302 (2003).
- Han, J., et al. A simple confined impingement jets mixer for flash nanoprecipitation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 101 (10), 4018-4023 (2012).
- Allen, S., Osorio, O., Liu, Y. G., Scott, E. Facile assembly and loading of theranostic polymersomes via multi-impingement flash nanoprecipitation. Journal of Controlled Release. 262, 91-103 (2017).
- Bobbala, S., Allen, S. D., Scott, E. A. Flash nanoprecipitation permits versatile assembly and loading of polymeric bicontinuous cubic nanospheres. Nanoscale. 10 (11), 5078-5088 (2018).
- Allen, S. D., et al. Polymersomes scalably fabricated via flash nanoprecipitation are non-toxic in non-human primates and associate with leukocytes in the spleen and kidney following intravenous administration. Nano Research. , (2018).
- Karabin, N. B., et al. Sustained micellar delivery via inducible transitions in nanostructure morphology. Nature Communications. 9 (1), 624 (2018).
- Mascoli, C. C., Weary, M. E. Limulus amebocyte lysate (LAL) test for detecting pyrogens in parenteral injectable products and medical devices: advantages to manufacturers and regulatory officials. Journal of the Parenteral Drug Association. 33 (2), 81-95 (1979).
- Pustulka, K. M., et al. Flash nanoprecipitation: particle structure and stability. Molecular Pharmaceutics. 10 (11), 4367-4377 (2013).
- Tang, C., Amin, D., Messersmith, P. B., Anthony, J. E., Prud’homme, R. K. Polymer directed self-assembly of pH-responsive antioxidant nanoparticles. Langmuir. 31 (12), 3612-3620 (2015).
- Gindy, M. E., Panagiotopoulos, A. Z., Prud’homme, R. K. Composite block copolymer stabilized nanoparticles: simultaneous encapsulation of organic actives and inorganic nanostructures. Langmuir. 24 (1), 83-90 (2008).
