JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
생체공학

Tripeptit stabilize Nanoemulsion oleik asit

Published: February 27, 2019
doi:
10.3791/59034
, , , ,
1Department of Chemistry,Brooklyn College, The City University of New York, 2Ph.D. Program in Chemistry,The Graduate Center of The City University of New York, 3Ph.D. Program in Biochemistry,The Graduate Center of The City University of New York, 4Department of Genetics and Genomic Sciences,Icahn School of Medicine at Mount Sinai, 5Women’s Health Research Institute,Icahn School of Medicine at Mount Sinai, 6Laboratory for Translational Research,Western Connecticut Health Network

Summary

Bu iletişim kuralı ile lizin-tirozin-fenilalanin (KYF) tripeptit stabilize bir oleik acids-platinum(II) eşlenik nanoemulsion sentezlemek için verimli bir yöntem açıklanır. Nanoemulsion formlar KYF ve eşlenik olmasını, kendinden montajlı yolu ile hafif sentetik koşullar altında.

Abstract

Biz bir oleik acids-Pt(II) çekirdek ve lizin-tirozin-fenilalanin (KYF) kaplama (KYF-Pt-NE) oluşan bir nanoemulsion üretmek için bir yöntem açıklanmaktadır. KYF-Pt-NE Pt(II) 10 Wt % saklar, 107 ± 27 nm ve negatif bir yüzey yük çapındadır. KYF-Pt-NE su ve serum stabil ve biyolojik olarak aktif. Bir fluorophore KYF için konjugasyon biyolojik görüntüleme için uygun bir floresan nanoemulsion sentezini sağlar. Nanoemulsion sentezi sulu bir ortam ve kısa bir KYF peptid ve oleik acids-platinum(II) eşlenik, kendinden montajlı KYF-Pt-NE formları yoluyla gerçekleştirilir. Kendinden montajlı işlem bağlıdır çözüm sıcaklığını yüzeylerde molar oranı ve akış hızı substrat ilavesi. Çok önemli adımlar sentezi sırasında en iyi karıştırma oranı korumak, kendinden montajlı için yeterli zaman izin ve nanoemulsion yavaş yavaş santrifüj yoğunlaştırıcı içinde ön zenginleştirme içerir.

Introduction

Son yıllarda, ilaç dağıtım ve bioimaging1,2,3,4Biyomedikal gibi uygulamalar için nano tanecikleri mühendislik büyüyen bir ilgi olmuştur. Nanoparçacık tabanlı sistemler Çokişlevlilik kez bir formülasyon içinde birden çok bileşeni ekleme gerektirir. Lipidler veya polimerler kez temel yapı taşlarını fizikokimyasal özellikleri yanı sıra Biyouyumluluk ve sonuçta nanostructure1, işlevini etkileyebilir biodegradability açısından farklılık 5,6. Proteinler ve peptidler, gibi biyolojik olarak türetilen malzeme uzun onların sıra esneklik7,8nedeniyle çok fonksiyonlu nanoyapıların umut verici bileşenleri olarak kabul edilmiştir. Peptidler Helisel oluşturan yüksek sıralı supramolecular mimarileri kendi kendine araya şerit9,10, fibröz iskele11,12ve adl daha, böylece bina önünü bir alt-up kullanarak biomolecule tabanlı melez nanoyapıların13yaklaşım.

Peptidler için ilaç ve biyoteknoloji, özellikle antikanser terapi14 ve antibiyotik geliştirme16,17, metabolik gelince kalp-damar hastalıkları15 de uygulamaları incelemiş bulunuyoruz bozuklukları18ve enfeksiyonlar19. Üzerinde yüzlerce klinik çalışmalar20geçiren küçük-peptid tedavi vardır. Peptidler değiştirmek için ve düşük maliyetle hızlı sentezlemek için kolaydır. Buna ek olarak, hangi büyük ölçüde onların biyolojik ve ilaç uygulamaları21,22kolaylaştırır biyolojik olarak parçalanabilir, bunlar. Duyarlı, peptid tabanlı nano tanecikleri ve hidrojel depoları kontrollü yayın23,24,25,26 mühendislik peptidler yapısal bileşenleri olarak kullanımını içerir , 27, peptid tabanlı biyosensörler28,29,30,31veya bio-elektronik aygıtlar32,33,34. Önemlisi, fenilalanin içeren iki ya da üç amino asit kalıntıları eklenmesi ile bile kısa peptidler kılavuzu bulundu kendinden montajlı35,36,37 işler ve stabilize emülsiyonlar38 oluşturmak .

Onların yüksek etkinlik sayesinde Platin bazlı ilaçlara birçok kanser tedavi rejimleri hem tek başına hem de diğer ajanlar39,40ile birlikte kullanılır. Platin bileşikler, monoadducts ve intrastrand veya interstrand çapraz bağlantılar oluşturarak DNA hasar ikna etmek. Pt-DNA lezyonlar hücresel makine tarafından tanınır ve eğer tamir değil, hücresel apoptosis için yol. Hangi Pt(II) kanser hücre ölümüne katkıda en önemli, DNA transkripsiyon41,42inhibisyonu mekanizmadır. Ancak, Platin tedavisinin yararları ciddi yan etkileri tetikler Pt(II) Sistemik toksisite tarafından azalır. Bu Pt(II)43kez DNA ulaşan Platinum alt terapötik konsantrasyonlarda sonuçları, alt klinik dozaj için yol açar. Sonuç olarak, izleyen DNA tamiri kanseri hücre yaşam ve Pt(II) direnç elde katkıda bulunmaktadır. Antikanser terapi ve tedavi başarısızlığı44,45ana nedeni Platin kemoterapi direnci önemli bir sorundur.

Sistemik dolaşıma koruyucu bir etki sağlamak ve Pt II kaynaklı yan etkileri azaltmak için Pt(II) Ajan kapsüller istikrarlı bir nanosystem geliştirdik. Sistem bir nanoemulsion (KYF-Pt-NE)46oluşturmak için KYF tripeptit ile stabilize bir oleik acids-Pt(II) çekirdek temel alır. KYF-Pt-NE, tripeptit hem de oleik asit, amino asitler yapı taşları ile gıda ve İlaç Dairesi (FDA) genel olarak tanınan olarak güvenli (GRAS) durumunda. KYF-Pt-NE bir nanoprecipitation yöntemi47kullanılarak hazırlanır. Kısacası, oleik acids-Pt(II) eşlenik organik bir çözücü içinde çözünmüş ve sonra dropwise 37 ° C’de sulu bir KYF çözüm (şekil 1) eklendi Çözümü birkaç saat KYF-Pt-ne kendinden montajlı izin karıştırılır Nanoemulsion 10 kDa santrifüj yoğunlaştırıcıları içinde konsantre ve üç kere su ile yıkanır. Bir fluorophore ile KYF kimyasal modifikasyonu floresan FITC-KYF-Pt-NE sentezi Biyomedikal görüntüleme için uygun sağlar.

Protocol

1. oleik Acids–Platinum(II) eşlenik sentezi Sisplatin aktivasyonu 60 ° C’de 50 mg (0,167 mmol) sisplatin 4 ml su (örneğin, nanopure) askıya Dropwise 55.2 mg (0.325 mmol) AgNO3 sisplatin 0.5 mL su ekleyin ve en az 2 h için tepki 60 ° C’de ilave edin. AgCl beyaz çökelti tepki ilerlemesini gösteren oluşturacak. Testi ile % 10 harekete geçirmek reaksiyon tamamlandıktan belirlemek için HCl ücretsiz Ag+ iyon çözümde varlığı için. Testin negat…

Representative Results

KYF-Pt-NE bu iletişim kuralını kullanan hazırlanan temsilcisi TEM görüntüsü şekil 2Agösterilir. KYF-Pt-NEs de dağınık, Morfoloji, küresel ve üniforma içinde büyüklük. KYF-Pt-doğrudan doğruya–dan 200 ölçümleri yapılır, en az üç TEM görüntülerle ölçülen NEs, göbek çapı 107 ± 27 nm olduğunu. KYF-Pt-NE, dinamik ışık spektroskopisi (DL), kullanılarak analiz hidrodinamik çapını 240 bulundu nm ile 0.156 bir polydispersi…

Discussion

Nanoemulsion sentez kritik adımlar içerir yüzeylerde molar oranını ayarlama, oleik acids–Pt(II) eklenmesi sırasında sıcaklık ve akış hızı denetimi sürdürmek için yeterli süre kendinden montajlı sağlayan ve ürün kullanarak arındırıcı bir santrifüj yoğunlaştırıcı sütun. Bu parametreler KYF-Pt-NE morfolojisi ve boyutu etkiler; Böylece, uygun molar oranını korumak ve sentetik koşullar doğru ayarlamak özellikle önemlidir.

Nanoemulsion sentezi (Adım 3) sıra…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ulusal Kanser Enstitüsü mali desteği minnetle anıyoruz SC2CA206194 verin. Hiçbir rakip mali çıkarlarının bildirilir.

Materials

2-(1H-benzotriazole-1-yl)-1,1,3,3-tetramethyluronium
tetrafluoroborate (TBTU)		 ANASPEC INC.: AS-20376 SPPS
4-well chamber confocal dish Lab-Tek II, Thermo Fisher Scientific 154526 For imaging
6-bromohexanoic acid Chem-Impex INT’L INC. 24477 Click modification for peptide
A2780 Generously doanted by professor John Martignetti from The Mount Sinai Hospital Ovarian cancer cell line
Barnstead Nanopure Thermo Fisher D11901 water filtration system
BUCHI rotavapor R-3 Buchi Z568090 For solvent removal and sample drying
Centrifuge 5810 R eppendorf 5811F For platinum complex separation
Cis-dichlorodiamineplatinum (II) 99% Acros Organics 19376-0050 in vitro tests
CP70 Generously doanted by professor John Martignetti from The Mount Sinai Hospital Ovarian cancer cell line
Digital water bath VWR 97025-134 For warming up media for cell culture
Dynamic Light Scattering (DLS) Brookhaven Instrument Corporation For nanoparticle size measurments
ES-2 ATCC CRL-1978 ovarian cancer cell line
Fmoc-L-Lys(Boc)-OH 99.79% Chem-Impex INT’L INC. 00493 SPPS
Fmoc-L-Phe 4-alkoxybenzyl alcohol resin (0.382 meq/g), Chem-Impex INT’L INC. 01914 SPPS
Fmoc-LTyr(tBu)-OH 98% Alfa Aesar H59730 SPPS
HERACELL 150i CO2 incubator Thermo Scientific Fisher incubator
High pressure syringe pump New Era 1010-US For platinum complex addition in nanoparticle synthesis
Hotplate/stirrer VWR 12365-382 For sample stirring and heating
LAMP-1 Antibody(cojugated with Alexa Fluor 647) Santa Cruz Biotechnology sc-18821 AF647 For imaging
N,N-diisopropylethylamine (DIPEA) Oakwood Chemical 005027 SPPS
Ninhydrin 99% Alfa Aesar A10409 Kaiser test
Oleic acid Chem-Impex INT’L INC. 01421 For platinum complex synthesis
OV90 ATCC CRL-11732 Ovarian cancer cell line
PBS Corning 21-031-CV For cell wash
Permount mounting medium Fisher Chemical SP15-100 For imaging
Phenol Fisher Chemical A92500 Kaiser test
Phosphotungstic acid Fisher Chemical A248-25 negative stain for TEM
Piperidine 99% BTC 219260-2.5L SPPS
Platinum AAS standard soultion Alfa Aesar 88086 1000ug/ml for calibration curve
Propargyl bromide 97% Alfa Aesar L10595 For alkyne modification of fluoresceine
Scientific biological cabinet Thermo Scientific Fisher 1385 Bio-hood for cell culture
Self-Cleaning Vacuum System Welch 2028 Vacuum pump for rotavapor
Silver nitrate Acros Organics 19768-0250 Cisplatin activation
SKOV3 ATCC HTB-77 Ovarian cancer cell line
Sodium hydroxide Fisher Scientific S313-1 For platinum complex synthesis
Tin (II) chloride Sigma Aldrich 208256 Test for Platinum presence
TOV21G ATCC CRL-11730 Ovarian cancer cell line
Trifluoroacetic acid 99% (TFA) Alfa Aesar L06374 SPPS
Triisopropylsilane (TIPS) Chem-Impex INT’L INC. 01966 SPPS
Triton-X Sigma Aldrich T8787-100ML For imaging
Uranine powder 40% Fisher Scientific S25328A For alkyne modification of fluoresceine
Vivaspin 20 (10000 MWCO) Sartorious VS2001 For Nanoparticle wash and condensation
VWR Inverted Microscope VWR 89404-462 For cell culture monitoring
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Agrahari, V., Agrahari, V., Mitra, A. K. Nanocarrier fabrication and macromolecule drug delivery: challenges and opportunities. Therapeutic Delivery. 7 (4), 257-278 (2016).
  2. Anselmo, A. C., Mitragotri, S. Nanoparticles in the clinic. Bioengineering & Translational Medicine. 1 (1), 10-29 (2016).
  3. Peer, D., Karp, J. M., Hong, S., Farokhzad, O. C., Margalit, R., Langer, R. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nature Nanotechnology. 2 (12), 751-760 (2007).
  4. Roy Chowdhury, M., Schumann, C., Bhakta-Guha, D., Guha, G. Cancer nanotheranostics: Strategies, promises and impediments. Biomedicine & Pharmacotherapy. 84, 291-304 (2016).
  5. Jeevanandam, J., Chan, Y. S., Danquah, M. K. Nano-formulations of drugs: Recent developments, impact and challenges. Biochimie. , 99-112 (2016).
  6. Meerum Terwogt, J. M., Groenewegen, G., Pluim, D., Maliepaard, M., Tibben, M. M., Huisman, A., ten Bokkel Huinink, W. W., Schot, M., Welbank, H., Voest, E. E., Beijnen, J. H., Schellens, J. M. Phase I and pharmacokinetic study of SPI-77, a liposomal encapsulated dosage form of cisplatin. Cancer Chemotherapy and Pharmacology. 49 (3), 201-210 (2002).
  7. Fan, Z., Sun, L., Huang, Y., Wang, Y., Zhang, M. Bioinspired fluorescent dipeptide nanoparticles for targeted cancer cell imaging and real-time monitoring of drug release. Nature Nanotechnology. 11 (4), 388-394 (2016).
  8. Jeong, Y., et al. Enzymatically degradable temperature-sensitive polypeptide as a new in-situ gelling biomaterial. Journal of Controlled Release. 137 (1), 25-30 (2009).
  9. Uesaka, A., et al. Morphology control between twisted ribbon, helical ribbon, and nanotube self-assemblies with his-containing helical peptides in response to pH change. Langmuir. 30 (4), 1022-1028 (2014).
  10. Hwang, W., Marini, D. M., Kamm, R. D., Zhang, S. Supramolecular structure of helical ribbons self-assembled from a B-sheet peptide. Journal of Chemical Physics. 118 (1), 389-397 (2003).
  11. Svobodova, J., et al. Poly(amino acid)-based fibrous scaffolds modified with surface-pendant peptides for cartilage tissue engineering. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 11 (3), 831-842 (2017).
  12. Kumar, V. A., et al. Highly angiogenic peptide nanofibers. ACS Nano. 9 (1), 860-868 (2015).
  13. Romera, D., Couleaud, P., Mejias, S. H., Aires, A., Cortajarena, A. L. Biomolecular templating of functional hybrid nanostructures using repeat protein scaffolds. Biochemical Society Transactions. 43 (5), 825-831 (2015).
  14. Medina, S. H., Schneider, J. P. Cancer cell surface induced peptide folding allows intracellular translocation of drug. Journal of Controlled Release. 209, 317-326 (2015).
  15. Recio, C., Maione, F., Iqbal, A. J., Mascolo, N., De Feo, V. The Potential Therapeutic Application of Peptides and Peptidomimetics in Cardiovascular Disease. Frontiers in Pharmacology. 7, 526 (2016).
  16. McCarthy, K. A., et al. Phage Display of Dynamic Covalent Binding Motifs Enables Facile Development of Targeted Antibiotics. Journal of the American Chemical Society. 140 (19), 6137-6145 (2018).
  17. Lazar, V., et al. Antibiotic-resistant bacteria show widespread collateral sensitivity to antimicrobial peptides. Nature Microbiology. 3 (6), 718-731 (2018).
  18. Czeczor, J. K., McGee, S. L. Emerging roles for the amyloid precursor protein and derived peptides in the regulation of cellular and systemic metabolism. Journal of Neuroendocrinology. 29 (5), (2017).
  19. Branco, M. C., Sigano, D. M., Schneider, J. P. Materials from peptide assembly: towards the treatment of cancer and transmittable disease. Current Opinion in Chemical Biology. 15 (3), 427-434 (2011).
  20. Cheetham, A. G., et al. Targeting Tumors with Small Molecule Peptides. Current Cancer Drug Targets. 16 (6), 489-508 (2016).
  21. Ndinguri, M. W., Solipuram, R., Gambrell, R. P., Aggarwal, S., Hammer, R. P. Peptide targeting of platinum anti-cancer drugs. Bioconjugate Chemistry. 20 (10), 1869-1878 (2009).
  22. Eskandari, S., Guerin, T., Toth, I., Stephenson, R. J. Recent advances in self-assembled peptides: Implications for targeted drug delivery and vaccine engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 110, 169-187 (2017).
  23. Zhou, J., Du, X., Yamagata, N., Xu, B. Enzyme-Instructed Self-Assembly of Small D-Peptides as a Multiple-Step Process for Selectively Killing Cancer Cells. Journal of the American Chemical Society. 138 (11), 3813-3823 (2016).
  24. Sun, J. E., et al. Sustained release of active chemotherapeutics from injectable-solid beta-hairpin peptide hydrogel. Biomaterials Science. 4 (5), 839-848 (2016).
  25. Lock, L. L., Reyes, C. D., Zhang, P., Cui, H. Tuning Cellular Uptake of Molecular Probes by Rational Design of Their Assembly into Supramolecular Nanoprobes. Journal of the American Chemical Society. 138 (10), 3533-3540 (2016).
  26. Kalafatovic, D., Nobis, M., Son, J., Anderson, K. I., Ulijn, R. V. MMP-9 triggered self-assembly of doxorubicin nanofiber depots halts tumor growth. Biomaterials. 98, 192-202 (2016).
  27. Frederix, P. W., et al. Exploring the sequence space for (tri-)peptide self-assembly to design and discover new hydrogels. Nature Chemistry. 7 (1), 30-37 (2015).
  28. Horsley, J. R., et al. Photoswitchable peptide-based ‘on-off’ biosensor for electrochemical detection and control of protein-protein interactions. Biosensors and Bioelectronics. 118, 188-194 (2018).
  29. Hoyos-Nogues, M., Gil, F. J., Mas-Moruno, C. Antimicrobial Peptides: Powerful Biorecognition Elements to Detect Bacteria in Biosensing Technologies. Molecules. 23 (7), 1683 (2018).
  30. Xiao, X., et al. Advancing Peptide-Based Biorecognition Elements for Biosensors Using in-Silico Evolution. ACS Sensors. 3 (5), 1024-1031 (2018).
  31. Puiu, M., Bala, C. Peptide-based biosensors: From self-assembled interfaces to molecular probes in electrochemical assays. Bioelectrochemistry. 120, 66-75 (2018).
  32. Wang, J., et al. Developing a capillary electrophoresis based method for dynamically monitoring enzyme cleavage activity using quantum dots-peptide assembly. Electrophoresis. 38 (19), 2530-2535 (2017).
  33. Etayash, H., Thundat, T., Kaur, K. Bacterial Detection Using Peptide-Based Platform and Impedance Spectroscopy. Methods in Molecular Biology. 1572, 113-124 (2017).
  34. Handelman, A., Apter, B., Shostak, T., Rosenman, G. Peptide Optical waveguides. Journal of Peptide Science. 23 (2), 95-103 (2017).
  35. Chen, C., Liu, K., Li, J., Yan, X. Functional architectures based on self-assembly of bio-inspired dipeptides: Structure modulation and its photoelectronic applications. Advances in Colloid and Interface Science. 225, 177-193 (2015).
  36. Reddy, S. M., Shanmugam, G. Role of Intramolecular Aromatic pi-pi Interactions in the Self-Assembly of Di-l-Phenylalanine Dipeptide Driven by Intermolecular Interactions: Effect of Alanine Substitution. Chemphyschem. 17 (18), 2897-2907 (2016).
  37. Marchesan, S., et al. Unzipping the role of chirality in nanoscale self-assembly of tripeptide hydrogels. Nanoscale. 4 (21), 6752-6760 (2012).
  38. Scott, G. G., McKnight, P. J., Tuttle, T., Ulijn, R. V. Tripeptide Emulsifiers. Advanced Materials. 28 (7), 1381-1386 (2016).
  39. Galanski, M., Jakupec, M. A., Keppler, B. K. Update of the preclinical situation of anticancer platinum complexes: novel design strategies and innovative analytical approaches. Current Medicinal Chemistry. 12 (18), 2075-2094 (2005).
  40. Wheate, N. J., Walker, S., Craig, G. E., Oun, R. The status of platinum anticancer drugs in the clinic and in clinical trials. Dalton Transactions. 39 (35), 8113-8127 (2010).
  41. Oberoi, H. S., Nukolova, N. V., Kabanov, A. V., Bronich, T. K. Nanocarriers for delivery of platinum anticancer drugs. Advanced Drug Delivery Reviews. 65 (13-14), 1667-1685 (2013).
  42. Fichtinger-Schepman, A. M., van Oosterom, A. T., Lohman, P. H., Berends, F. cis-Diamminedichloroplatinum(II)-induced DNA adducts in peripheral leukocytes from seven cancer patients: quantitative immunochemical detection of the adduct induction and removal after a single dose of cis-diamminedichloroplatinum(II). 암 연구학. 47 (11), 3000-3004 (1987).
  43. Englander, E. W. DNA damage response in peripheral nervous system: coping with cancer therapy-induced DNA lesions. DNA Repair. 12 (8), 685-690 (2013).
  44. Galluzzi, L., et al. Molecular mechanisms of cisplatin resistance. Oncogene. 31 (15), 1869-1883 (2012).
  45. Boeckman, H. J., Trego, K. S., Turchi, J. J. Cisplatin sensitizes cancer cells to ionizing radiation via inhibition of nonhomologous end joining. Molecular Cancer Research. 3 (5), 277-285 (2005).
  46. Dragulska, S. A., et al. Tripeptide-Stabilized Oil-in-Water Nanoemulsion of an Oleic Acids-Platinum(II) Conjugate as an Anticancer Nanomedicine. Bioconjugate Chemistry. 29 (8), 2514-2519 (2018).
  47. Martinez Rivas, ., J, C., et al. Nanoprecipitation process: From encapsulation to drug delivery. International Journal of Pharmaceutics. 532 (1), 66-81 (2017).
  48. Agilent Technologies. . Analytical Methods for Graphite Tube Atomizers, User’s Guide Manual, 8th edition. , (2012).
  49. Park, S. Y., et al. A smart polysaccharide/drug conjugate for photodynamic therapy. Angewandte Chemie. 50 (7), 1644-1647 (2011).
  50. Canton, I., Battaglia, G. Endocytosis at the nanoscale. Chemical Society Reviews. 41 (7), 2718-2739 (2012).
  51. Lokich, J., Anderson, N. Carboplatin versus cisplatin in solid tumors: an analysis of the literature. Annals of Oncology. 9 (1), 13-21 (1998).

Tags

Keywords: TripeptideNanoemulsionOleic AcidCisplatinPlatinumOvarian CancerPeptide ModificationDiagnosticPharmaceuticalIn-vivo StudiesFmocL-phenylalanineL-tyrosineTBTUDIPEA
check_url/kr/59034?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Dragulska, S. A., Wlodarczyk, M. T., Poursharifi, M., Martignetti, J. A., Mieszawska, A. J. A Tripeptide-Stabilized Nanoemulsion of Oleic Acid. J. Vis. Exp. (144), e59034, doi:10.3791/59034 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image