Modulación de la forma de polimerosomas a base de poliéster mediante presión osmótica
Summary
Los polimerosomas son vesículas poliméricas autoensambladas que se forman en formas esféricas para minimizar la energía libre de Gibb. En el caso de la administración de fármacos, las estructuras más alargadas son beneficiosas. Este protocolo establece métodos para crear polimerosomas más parecidos a varillas, con relaciones de aspecto alargadas, utilizando sal para inducir presión osmótica y reducir los volúmenes internos de vesículas.
Abstract
Los polimerosomas son vesículas bicapa unidas a la membrana creadas a partir de copolímeros de bloque anfifílico que pueden encapsular cargas útiles hidrofóbicas e hidrófilas para aplicaciones de administración de fármacos. A pesar de su promesa, los polimerosomas tienen una aplicación limitada debido a su forma esférica, que no es fácilmente absorbido por las células, como lo demuestran los científicos de nanopartículas sólidas. Este artículo describe un método a base de sal para aumentar las relaciones de aspecto de los polimerosomas esféricos basados en poli(etilenglicol) (PEG). Este método puede alargar los polimerosomas y, en última instancia, controlar su forma final mediante la adición de cloruro de sodio en diálisis posterior a la formación. La concentración de sal puede variar, como se describe en este método, en función de la hidrofobicidad del copolímero de bloque que se utiliza como base para el polimersoma y la forma objetivo. Las nanopartículas alargadas tienen el potencial de dirigirse mejor al endotelio en vasos sanguíneos de mayor diámetro, como las venas, donde se observa la marginación. Este protocolo puede ampliar las aplicaciones terapéuticas de nanopartículas mediante la utilización de técnicas de elongación en conjunto con los beneficios de doble carga y circulación prolongada de los polimerosomas.
Introduction
La modulación de la forma es una forma relativamente nueva y eficiente de mejorar la administración de fármacos mediados por nanopartículas. El cambio en la morfología no solo aumenta el área de superficie de las partículas, lo que a su vez permite una mayor capacidad de carga, sino que también tiene implicaciones en todos los ámbitos para mejorar la estabilidad, el tiempo de circulación, la biodisponibilidad, la orientación molecular y la liberación controlada1. Los polimerosomas, la nanopartícula de enfoque en este método, tienden a autoensamblarse termodinámicamente en una forma esférica, que ha demostrado ser poco práctica en la absorción celular y se detecta más fácilmente en el sistema inmunológico como un cuerpo extraño. Ser capaz de alargar la estructura en un prolato o una varilla permitirá al portador de la droga evadir los macrófagos imitando a las células nativas y entregar con más éxito a su objetivo deseado2,3,4,5,6,7. Los beneficios significativos de los polimerosomas, incluida la protección de las cargas útiles unidas a la membrana, la capacidad de respuesta a los estímulos de la membrana y la encapsulación dual de medicamentos hidrófilos e hidrófobos8,9,10,que los convierten en candidatos fuertes para la administración de medicamentos se mantienen durante la modulación de la forma.
Hay muchos métodos diferentes para modular las formas de los polimerosomas, y cada uno viene con sus respectivas ventajas y desventajas. Sin embargo, la mayoría de estos métodos se dividen en dos categorías: cambio de presión osmótica impulsada por solvente y presión osmótica impulsada por sal11. Ambos enfoques tienen como objetivo superar la energía de flexión presente después de que los polimerosomas se forman en forma de equilibrio esférico. Al introducir un gradiente de presión osmótica, los polimerosomas pueden ser forzados a doblarse en estructuras alargadas a pesar de las fuertes energías de flexión11,12.
El método basado en solventes explora el cambio de forma inspirado en el trabajo de Kim y van Hest13. Plastificados polimerosomas en una mezcla de solvente orgánico y agua para atrapar los solventes orgánicos en la membrana de la vesícula y expulsar el agua del núcleo de la vesícula. Eventualmente, el volumen interno de la partícula es tan bajo que se alarga. Si bien este método ha demostrado ser prometedor, carece de practicidad. Este método requiere diferentes disolventes para cada columna vertebral polimérica individual involucrada en la modulación. Por lo tanto, no es ampliamente aplicable para promover el cambio de forma. Por el contrario, el método a base de sal es uniforme y utiliza un controlador universal que puede introducir presión osmótica a muchos polimerosomas basados en copolímeros de bloque.
Este proyecto utiliza el método a base de sal introducido por L’Amoreaux et al14. Este protocolo implica dos rondas de diálisis. Uno tiene como objetivo purificar y solidificar poli(etilenglicol)-b-poli(ácido láctico) (PEG-PLA) polimersomas mediante la eliminación de disolvente orgánico que puede haber quedado atrapado en la bicapa durante la producción, y uno que promueve el cambio de forma. El segundo paso de diálisis introduce una solución de NaCl de 50 mM que crea un gradiente de presión osmótica para impulsar el cambio de forma. Este método es apoyado por Salva et al., quienes señalan que el estrés hipertónico en una solución hará que la vesícula se encoja15. Este método se basa en un método14 publicado anteriormente que analiza dos polimerosomas diferentes a base de poliéster y varios gradientes de sal de 50-200 mM NaCl. Los poliésteres se utilizan debido a su biocompatibilidad y biodegradación. El gradiente de sal tiene efectos variables en la forma dependiendo de la hidrofobicidad de la columna vertebral del copolímero de bloque. Se puede utilizar para crear prolatos, bastones y estomatocitos. Este método impulsado por sal fue elegido debido a la facilidad de replicación y versatilidad experimental.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los sistemas autoensamblados son notoriamente incontrolables. Sus propiedades finales, incluyendo tamaño, forma y estructura, son impulsadas por las propiedades hidrofóbicas del anfífilo elegido y el entorno solvente seleccionado. Los copolímeros de bloque anfifílico tienden hacia formas esféricas, lo que minimiza la energía libre de Gibb y conduce al equilibrio termodinámico23,formando así polimerosomas. Debido a su naturaleza de equilibrio, los polimerosomas son significativamente más …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este proyecto fue financiado en parte por el Proyecto de los Institutos Nacionales de Salud número 5P20GM103499-19 a través del Programa de Proyecto de Investigación Iniciado por estudiantes. Este trabajo también fue parcialmente apoyado por el Programa de Investigación Creativa de Clemson. También reconocemos a Nicholas L’Amoreaux y Aon Ali que inicialmente trabajaron en la creación de este protocolo, publicando su primer artículo citado aquí14.
Materials
| 15*45 vials screw thread w/cap attached | Fisherbrand | 9609104000 | |
| Dimethyl Sulfoxide | Fisher Chemical | D128-1 | |
| Dimethyl Sulfoxide | BDH | BDH1115-1LP | |
| Isoremp stirrers, hotplates, and stirring hotplates | Fisher scientific | CIC00008110V19 | |
| LEGATO 130 SYRINGE PUMP | kd Scientific | 788130 | |
| PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer | Polysciences Inc | 24381-1 | note the molecular weights when replicating |
| Poly(ethylene glycol) (2000) Methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide) (4500) | Sigma aldrich | 764825-1G | note the molecular weights when replicating |
| Single-Use Syringe/BD PrecisionGlide Needle combination, sterile, BD medical | BD medical | BD305620 | Tuberculin |
| Sodium Chloride | BDH | BDH9286 | |
| Zetasizer Nano ZS | Malvern |
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