High-throughput syntese av karbohydrater og funksjonalisering av Polyanhydride Nanopartikler
Summary
I denne artikkelen, er en høy gjennomstrømning metode presenteres for syntese av oligosakkarider og deres tilknytning til overflaten av polyanhydride nanopartikler for videre bruk i målretting spesifikke reseptorer på antigenpresenterende celler.
Abstract
Transdisiplinær tilnærminger som involverer områder som materiale design, nanoteknologi, kjemi og immunologi må utnyttes til rasjonelt utforme effektive vaksiner bærere. Nanopartikkel-baserte plattformer kan forlenge varigheten av vaksinen antigener, noe som kan forbedre vaksinen immunogenisitet en. Flere biologisk nedbrytbare polymerer har vært studert som vaksine levering biler 1; spesielt, har polyanhydride partikler vist evne til å gi vedvarende utgivelsen av stabile protein antigener og for å aktivere antigenpresenterende celler og modulere immunresponsen 2-12.
Den molekylære utformingen av disse vaksine bærere må integrere rasjonelle valg av polymer egenskaper samt inkorporering av hensiktsmessige målretting agenter. Høy gjennomstrømning automatisert fabrikasjon av målretting ligander og functionalized partikler er et kraftig verktøy som vil forbedre evnen til å studere et bredt range av eiendommer og vil føre til utformingen av reproduserbare vaksine levering enheter.
Tilsetting av målretting ligander som kan bli gjenkjent av spesifikke reseptorer på immunceller har vist seg å modulere og skreddersy immunresponser 10,11,13 C-type lektin reseptorer (CLRs) er mønstergjenkjenning reseptorer (PRRs) som anerkjenner karbohydrater tilstede på overflaten av patogener. Stimulering av immunceller via CLRs gir forbedret internalisering av antigen og påfølgende presentasjon for ytterligere T-celleaktivering 14,15. Derfor karbohydrat molekylene spiller en viktig rolle i studiet av immunreaksjoner, men bruken av disse biomolekyler ofte lider av mangel på tilgjengeligheten av strukturelt veldefinerte og rene karbohydrater. En automatisering plattform basert på iterativ løsning-fase reaksjoner kan muliggjøre rask og kontrollert syntese av disse syntetisk utfordrende molekylene bruker vesentlig lavere building blokk mengder enn tradisjonelle solid fase metoder 16,17.
Heri vi rapporterer en protokoll for automatisert løsning-fase syntese av oligosakkarider som mannose-baserte rettet ligander med fluorous fast-fase ekstraksjon for mellomlagring rensing. Etter utvikling av automatiserte metoder for å gjøre karbohydrat-baserte målretting agent, beskriver vi metoder for feste sin på overflaten av polyanhydride nanopartikler ansette en automatisert robot satt opp betjenes av LabVIEW som tidligere beskrevet 10. Overflate funksjonalisering med karbohydrater har vist effekt i målretting CLRs 10,11 og øke gjennomstrømningen av fabrikasjon metode for å avdekke kompleksiteten forbundet med en multi-parametrisk system vil være av stor verdi (Figur 1a).
Protocol
Discussion
Effekten av karbohydrater som målretting agenter til direkte nanopartikkel interaksjoner til immunceller tidligere har blitt vist 10, 11. Tidligere forskning i våre laboratorier har vist at spesifikke sukker knyttet til polyanhydride nanopartikler er i stand til å målrette ulike CLRs på antigenpresenterende celler (APC), og dermed styrke aktivering av immunceller som kan være viktig for videre T-celleaktivering 10, 11. Men for å oppnå optimal målretting flere parametre, for eksempel den po…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke den amerikanske Army Medical Research og forsyningskommando Command (Grant # W81XWH-10-1-0806) og National Institutes of Health (Grant # U19 AI091031-01 og Grant # 1R01GM090280) for økonomisk støtte. BN erkjenner Balloun professoratet i kjemisk og biologisk Engineering og NLBP erkjenner Wilkinson professoratet i Tverrfaglig Engineering. Vi takker Julia Vela for bistand henne i å utføre nanopartikkel funksjonalisering eksperimenter.
Materials
| Name | Company | Catalog number |
| Motorized XYZ Stage: 3x T-LSM050A, 50 mm travel per axis | Zaber Technologies | T-XYZ-LSM050A-KT04 |
| NE-1000 Single Syringe Pump | New Era Pump Systems | NE-1000 |
| Pyrex* Vista* Rimless Reusable Glass Culture Tubes | Corning | 07-250-125 |
| ASW 1000 | Chemspeed Technologies | |
| LabVIEW | National Instruments | 776671-35 |
| SGE Gas Tight Syringes, Luer Loc | Sigma Aldrich | 509507 |
| XL-2000 Sonicator | Qsonica | Q55 |
| Mini-tube rotator | Fisher Scientific | 05-450-127 |
References
- Zepp, F. Principles of vacine design-lessons from nature. Vaccine. 28, C14-C24 (2010).
- Ulery, B. D., Phanse, Y., Sinha, A., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B., Bellaire, B. H. Polymer chemistry influences monocytic uptake of polyanhydride nanospheres. Pharm. Res. 26, 683-690 (2009).
- Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Lopac, S. K., Phanse, Y., Carrillo-Conde, B., Ramer-Tait, A. E. Polyanhydride microparticles enhance dendritic cell antigen presentation and activation. Acta Biomater. 7, 2857-2864 (2011).
- Torres, M. P., Determan, A. S., Anderson, G. L., Mallapragada, S. K., Narasimhan, B. Amphiphilic polyanhydrides for protein stabilization and release. Biomaterials. 28, 108-116 (2007).
- Petersen, L. K., Ramer-Tait, A. E., Broderick, S. R., Kong, C. S., Ulery, B. D., Rajan, K. Activation of innate immune responses in a pathogen-mimicking manner by amphiphilic polyanhydride nanoparticle adjuvants. Biomaterials. 32, 6815-6822 (2011).
- Petersen, L. K., Xue, L., Wannemuehler, M. J., Rajan, K., Narasimhan, B. The simultaneous effect of polymer chemistry and device geometry on the in vitro activation of murine dendritic cells. Biomaterials. 30, 5131-5142 (2009).
- Lopac, S. K., Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Effect of polymer chemistry and fabrication method on protein release and stability from polyanhydride microspheres. J. Biomed. Mater. Res. B. 91, 938-947 (2009).
- Determan, A. S., Wilson, J. H., Kipper, M. J., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Protein stability in the presence of polymer degradation products: Consequences for controlled release formulations. Biomaterials. 27, 3312-3320 (2006).
- Determan, A. S., Lin, V. S. Y., Nilsen-Hamilton, M., Narasimhan, B. Encapsulation, stabilization, and release of BSA-FITC from polyanhydride microspheres. J. Controlled Release. 100, 97-109 (2004).
- Chavez-Santoscoy, A., Roychoudhury, R., Ramer-Tait, A. E., Pohl, N. L. B., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Tailoring the immune response of alveolar macrophages by targeting different C-type lectin receptors using “pathogen-like” amphiphilic polyanhydride nanoparticles. Biomaterials. , (2011).
- Carrillo-Conde, B., Song, E. -. H., Chavez-Santoscoy, A., Phanse, Y., Ramer-Tait, A., Pohl, N. L. Mannose-functionalized “pathogen-like” polyanhydride nanoparticles target C-type lectin receptors on dendritic cells. Mol. Pharmaceutics. 8, 1877-1886 (2011).
- Carrillo-Conde, B., Schiltz, E., Torres, M. P., Yu, J., Phillips, G., Minion, C. Amphipilic polyanhydrides for stabilization of Yersinia pestis antigens. Acta. Biomater. 6, 3110-3119 (2010).
- Reddy, S. T., Swartz, M. A., Hubbell, J. A. Targeting dendritic cells with biomaterials: developing the next generation of vaccines. Trends Immunol. 27, 573-580 (2006).
- Higashi, N., Fujioka, K., Denda-Nagai, K., Hashimoto, S., Nagai, S., Sato, T. The macrophage C-type lectin specific for galactose/N-acetylgalactosamine is an endocytic receptor expressed on monocyte-derived immature dendritic cells. J. Biol. Chem. 277, 20686 (2002).
- Geijtenbeek, T. B. Signalling through C-type lectin receptors: shaping immune responses. Nat. Rev. Immunol. 9, 465-479 (2009).
- Seeberger, P. H. Automated oligosaccharide synthesis. Chem. Soc. Rev. 37, 19-28 (2008).
- Seeberger, P. H. Automated Carbohydrate Synthesis as Platform to Address Fundamental Aspects of Glycobiology-Current Status and Future Challenges. Carb. Res. 343, 1889-1896 (2008).
- Jaipuri, F. A., Pohl, N. L. Toward solution-phase automated iterative synthesis: fluorous-tag assisted solution-phase synthesis of linear and branched mannose oligomers. Org. Biomol. Chem. 6, 2686-2691 (2008).
- Petersen, L. K., Chavez-Santoscoy, A., Narasimhan, B. Combinatorial synthesis of and high-throughput protein release from polymer film and nanoparticle libraries. J. Vis. Exp. , (2011).
- Song, E. -. H., Osanya, A. O., Petersen, C. A., Pohl, N. L. B. Synthesis of multivalent tuberculosis and Leishmania-associated capping carbohydrates reveals structure-dependent responses allowing immune evasion. J. Am. Chem. Soc. 132, 11428-11430 (2010).
- Hakamori, S. Aberrant glycosylation in tumor and tumor associated carbohydrate antigens. Adv. Cancer Res. 59, 257-331 (1989).
- Atherton, T., Sheppard, R. C. . Solid-phase peptide synthesis: a practical approach. , (1999).
- Caruthers, M. H. Gene synthesis machines: DNA chemistry and the uses. Science. 230, 281-285 (1985).
- Plante, O. J., Palmacci, E. R., Seeberger, P. H. Automated solid- phase synthesis of oligosaccharides. Science. 291, 1523-1527 (2001).
- Ko, K. -. S., Park, G., Yu, Y., Pohl, N. L. Protecting group-based colorimetric monitoring of fluorous-phase and solid-phase synthesis of oligoglucosamines. Org. Lett. 10, 5381-5384 (2008).
- Pohl, N. L., Chen, X. H. R., Wang, G. P. Automated solution-phase oligosaccharide synthesis and carbohydrate microarrays: development of fluorous-based tools for glycomics. Chemical Glycobiology. , 272-287 (2008).
