Producción de la plataforma de entrega de vacunas Core-Shell, sensible al infrarrojo cercano
Summary
En este artículo se describen los protocolos utilizados para producir una nueva plataforma de administración de vacunas, “polybubbles”, para permitir la liberación de ráfagas retrasadas. Se utilizaron poliésteres como poli(ácido láctico-co-glicólico) y policaprolactona para formar las poliburbujas y pequeñas moléculas y antígenos como carga.
Abstract
Las estrategias de administración de vacunas que pueden limitar la exposición de la carga a disolventes orgánicos al tiempo que permiten nuevos perfiles de liberación son cruciales para mejorar la cobertura de inmunización en todo el mundo. Aquí, se introduce una nueva plataforma inyectable, curable y retardada de liberación por ráfaga, que permite la administración de vacunas llamada polybubbles. La carga se inyectó en poliburbujas a base de poliéster que se formaron en una solución acuosa basada en carboximetilululosa al 10%. Este documento incluye protocolos para mantener la forma esférica de las poliburbujas y optimizar la colocación y retención de la carga para maximizar la cantidad de carga dentro de las poliburbujas. Para garantizar la seguridad, se analizó el contenido de disolvente clorado dentro de las poliburbujas mediante el análisis de activación de neutrones. Se realizaron estudios de liberación con moléculas pequeñas como carga dentro de la poliburbuja para confirmar la liberación tardía de ráfagas. Para mostrar aún más el potencial de entrega bajo demanda de la carga, los nanorods de oro se mezclaron dentro de la carcasa de polímero para permitir la activación del láser infrarrojo cercano.
Introduction
La cobertura limitada de inmunización da lugar a la muerte de 3 millones de personas causadas específicamente por enfermedades prevenibles mediantevacunas 1. Las condiciones inadecuadas de almacenamiento y transporte conducen al desperdicio de vacunas funcionales y, por lo tanto, contribuyen a reducir la inmunización mundial. Además, la vacunación incompleta debida a no adherirse a los calendarios de vacunas requeridos también provoca una cobertura vacunada limitada, específicamente en los países en desarrollo2. Se requieren varias visitas al personal médico dentro del período recomendado para recibir inyecciones de refuerzo, limitando así el porcentaje de población con vacunación completa. Por lo tanto, es necesario desarrollar nuevas estrategias para la administración controlada de vacunas a fin de eludir estos desafíos.
Los esfuerzos actuales para desarrollar tecnologías de administración de vacunas incluyen sistemas poliméricos basados en emulsiones3,,4. Sin embargo, la carga a menudo está expuesta a una mayor cantidad de disolvente orgánico que puede causar potencialmente agregación y desnaturalización, específicamente en el contexto de la carga basada enproteínas 5,,6. Hemos desarrollado una nueva plataforma de entrega de vacunas, “poliburbujas”, que potencialmente puede albergar múltiples compartimentos de carga mientras minimiza el volumen de carga que está expuesto al disolvente7. Por ejemplo, en nuestra plataforma de poliburbujas de núcleo-shell, se inyecta un bolsillo de carga de diámetro 0,38 mm (SEM) en el centro de una poliburbuja de 1 mm. En este caso, la superficie de la carga expuesta al disolvente orgánico sería de aproximadamente 0,453 mm2. Después de considerar la densidad de embalaje de las esferas (micropartículas) dentro de una esfera (depósito de carga), el volumen real de micropartículas (10 m de diámetro) que podría caber en el depósito es de 0,17 mm3. El volumen de una micropartícula es de 5,24×10-8 mm3 y, por lo tanto, el número de micropartículas de partículas que pueden ajustarse al depósito es de 3,2×106 partículas. Si cada micropartícula tiene 20 bolsillos de carga (como resultado de la doble emulsión) de 0,25 m de diámetro, entonces la superficie de carga expuesta al disolvente orgánico es de 1274 mm2. Por lo tanto, el depósito de carga dentro de la poliburbuja tendría una superficie menos expuesta al disolvente orgánico en comparación con la de la carga orgánica expuesta a disolventes en micropartículas. Por lo tanto, nuestra plataforma a base de poliéster puede reducir potencialmente la cantidad de carga expuesta a disolvente orgánico que, de lo contrario, puede causar agregación de carga e inestabilidad.
Las poliburbujas se forman sobre la base del principio de separación de fase donde el poliéster en fase orgánica se inyecta en una solución acuosa que resulta en una burbuja esférica. La carga en la fase acuosa se puede inyectar en el centro de la poliburbuja. Otro compartimiento de carga se puede lograr potencialmente dentro de la poliburbuja mezclando una carga diferente con la cáscara de polímero. La poliburbuja en esta etapa será maleable y luego se curará para dar lugar a una estructura de poliburbuja sólida con carga en el medio. Se eligieron poliburbujas esféricas sobre otras formas geométricas para aumentar la capacidad de carga dentro de la poliburbuja, minimizando al mismo tiempo el tamaño total de la poliburbuja. Las poliburbujas con carga en el centro fueron elegidas para demostrar la liberación de ráfaga retrasada. Las poliburbujas también se incorporaron con un agente sensible al infrarrojo cercano (NIR), es decir, habilitador de la teología, a saber, nanorods de oro (AuNR), para provocar un aumento de la temperatura de las poliburbujas. Este efecto podría facilitar potencialmente una degradación más rápida y podría utilizarse para controlar la cinética en futuras aplicaciones. En este documento, describimos nuestro enfoque para formar y caracterizar poliburbujas, para lograr la liberación de ráfagas retrasadas de las poliburbujas, e incorporar AuNR dentro de las poliburbujas para causar la activación de NIR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tecnologías y desafíos actuales
Las micropartículas y nanopartículas a base de emulsión se han utilizado comúnmente como portadores de administración de fármacos. Aunque la cinética de liberación de la carga de estos dispositivos ha sido ampliamente estudiada, el control de la cinética de liberación de ráfagas ha sido un desafío importante11. La versatilidad y funcionalidad de la carga también está limitada en sistemas basados en emulsiones debido a la exposici?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nos gustaría dar las gracias al Dr. Bryan E. Tomlin afiliado al laboratorio de análisis elemental dentro del departamento de química de TAMU que ayudó con el análisis de activación de neutrones (NAA).
Materials
| 1-Step Ultra Tetramethylbezidine (TMB)-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Substrate Solution | Thermo scientific | 34028 | |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | TCI AMERICA | H0991 | |
| 450 nm Stop Solution for TMB Substrate | Abcam | ab17152 | |
| Acryloyl chloride | Sigma Aldrich | A24109-100G | |
| Acriflavine | Chem-Impex International | 22916 | |
| Anhydrous ethyl ether | Fisher Chemical | E138-500 | |
| Anti-HIV1 gp120 antibody conjugated to horseradish peroxidase (HRP) | |||
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher BioReagents | BP9700100 | |
| BSA-CF488 dye conjugates | Invitrogen | A13100 | |
| Bromosalicylic acid | Acros Organics | AC162142500 | |
| Carboxymethylcellulose (CMC) | Millipore Sigma | 80502-040 | |
| Centrimonium bromide (CTAB) | MP Biomedicals | ICN19400480 | |
| Chloroform | Fisher Chemical | C2984 | |
| Coating buffer | Abcam | ab210899 | |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma Aldrich | 270997-1L | |
| Diethyl ether | Fisher Chemical | E1384 | |
| Dodeacyl Amine | Acros Organics | AC117665000 | |
| Doxorubicin hydrochloride | Fisher BioReagents | BP251610 | |
| L-ascorbic acid | Acros Organics | A61 100 | |
| Legato 100 Syringe Pump | KD Scientific | 14 831 212 | |
| mPEG thiol | Laysan Bio | NC0702454 | |
| Nonfat dry milk | Andwin Scientific | NC9022655 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Phosphate saline buffer | Fisher BioReagents | BP3991 | |
| (Poly(caprolactone) | Sigma Aldrich | 440744-250G | |
| (Poly(caprolactone) triol | Acros Organics | AC190730250 | |
| Poly (lactic-co-glycolic acid) diacrylate | CMTec | 280050 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Recombinant HIV1 gp120 + gp41 protein | Abcam | ab49054 | |
| Silver nitrate | Acros Organics | S181 25 | |
| Sodium borohydride | Fisher Chemical | S678 10 | |
| Tetrachloroauric acid | Fisher Chemical | G54 1 | |
| Trehalose | Acros Organics | NC9022655 | |
| Triethyl amine | Acros Organics | AC157910010 |
Riferimenti
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