Inkapseling van kanker therapeutisch middel Dacarbazine behulp Nanogestructureerde Lipid Carrier
Summary
De meest gebruikte methode voor het nanogestructureerde lipidedrager (NAR) synthese zijn olie-in-water emulsie, homogenisering en stollen. Dit werd hier aangepast door het toepassen van een hoge afschuiving dispersie na het stollen een NLC met gewenste grootte, verbeterde drug inkapseling en drugs laden efficiency als een potentiële drager voor dacarbazine levering te bereiken.
Abstract
De enige formule dacarbazine (DAC) in klinisch gebruik intraveneuze infusie, die een slechte therapeutisch profiel vanwege de lage dispersiteit van het geneesmiddel in waterige oplossing. Daarom maken een nanogestructureerde lipidedrager (NAR) bestaande uit glycerylpalmitostearaat en isopropylmyristaat werd ontwikkeld om Dac kapselen. Nlcs gecontroleerde grootte zijn behaald met hoge afschuiving dispersie (HSD) na vast worden van de olie-in-water emulsie. De synthese parameters, zoals surfactant, de snelheid en tijd van HSD werden geoptimaliseerd om de kleinste NLC met grootte, polydispersie-index en zeta potentiaal van 155 ± 10 nm te bereiken, 0,2 ± 0,01, en -43,4 ± 2 mV, respectievelijk. De optimale parameters werden gebruikt voor Dac-loaded NLC preparaat. De resulterende NLC geladen met Dac bezat grootte, polydispersie index en zetapotentiaal van 190 ± 10 nm, 0,2 ± 0,01, en -43,5 ± 1,2 mV, respectievelijk. De drug inkapseling efficiëntie en drugs laden bereikte 98% en 14%, respectievelijk. Dit is het eerste verslag over inkapseling van Dac gebruik van NLC, hetgeen impliceert dat NLC een nieuwe potentiële kandidaat als medicijn vervoerder zou kunnen zijn om het therapeutisch profiel van Dac verbeteren.
Introduction
Dacarbazine (DAC) is een alkyleringsmiddel die antitumoractiviteit door middel nucleïnezuren methylatie of directe DNA-schade uitoefent, wat leidt tot celcyclus en celdood 1.
Als eerstelijns chemotherapeutisch middel is Dac werd alleen of in combinatie met andere chemotherapeutische geneesmiddelen voor de behandeling van verschillende kankers 2-6 gebruikt. Het is het meest werkzame middel dusver gebruikt bij de behandeling van cutane en metastatische melanoom, dat is de meest agressieve vorm van huidkanker 3,7,8. De respons is echter slechts 20% in het beste en de therapeutische effecten gaan vaak gepaard met ernstige systemische bijwerkingen.
In zijn natuurlijke vorm, Dac is hydrofiele en instabiel is als gevolg van de lichtgevoeligheid 9. De enige beschikbare formule voor klinisch gebruik is nog een steriel poeder voor gebruik in suspensie voor intraveneuze infusie 7,8. De lage respons en de hoge systemische toxiciteit raten van de drug is grotendeels toe te schrijven aan de slechte oplosbaarheid in water, dus lage beschikbaarheid at target site, en een hoge distributie op non-target sites, die de maximale dosis van het geneesmiddel 10 beperkt. De snelle afbraak en metabolisme na intraveneuze opname met de geneesmiddelresistentie beperken de klinische toepassing en therapeutische effect van het geneesmiddel 11. Daarom is er een dringende behoefte aan alternatieve Dac formules te ontwikkelen voor de behandeling van maligne melanoom.
Colloïdale systemen met liposomen, micellen of nanogestructureerde deeltjes zijn intensief onderzocht voor het gebruik ervan in drug delivery zoals beoordeeld door Marilene et al. 12 Nano-gestructureerde deeltjes als potentiële drug maatschappijen zijn steeds meer aandacht in de afgelopen tien jaar als gevolg van hun vermogen om drug het laden te verhogen efficiëntie, controle drug release, het verbeteren van de farmacokinetiek en biologische verdeling van geneesmiddelen, en dus reduce drug systemische toxiciteit 13. Slechts enkele nanoformulations zijn echter tot nu toe voor Dac levering onderzochte tonen bescherming van het geneesmiddel uit foto degeneratie, verhoogde oplosbaarheid geneesmiddel, en verbeterd therapeutisch effect 10,14,15. Maar deze formuleringen last van lage inkapselen efficiency, terwijl sommige ook met behulp van synthetisch polymeer nanodeeltjes die niet effectief zijn kosten.
Nanogestructureerde lipidedragers (NAR), gemaakt van een mengsel van vaste en vloeibare lipiden, ontwikkeld voor geneesmiddelafgifte 16,17. De geneesmiddelen worden ingekapseld vaak oplosbaar in zowel de vloeibare lipiden en vaste lipiden fasen 18, waardoor een hoge belading en gecontroleerde afgifte 19. Dit onderzoek heeft tot doel een nieuwe Dac formulering op basis van NLC-inkapseling met behulp van glycerylpalmitostearaat en isopropylmyristaat als lipiden ontwikkelen. De bereiding betrokken olie-in-water emulsie, verdamping stollen en homogenization. De preparaten werden gekarakteriseerd op NLC grootte, vorm, ultrastructuur en dispersiteit, geneesmiddelinkapseling efficiëntie en geneesmiddelbelading 20.
Protocol
Representative Results
Discussion
Lipide-gebaseerde nanogestructureerde deeltjes zijn gebruikt om een zeer lipofiele carrier voorzien in de levering van hydrofobe geneesmiddelen. Een NLC is de tweede generatie van vaste lipide nanogestructureerde drager, welke bij kamertemperatuur vast en lichaamstemperatuur. Het opnemen van een vaste lipide in een vloeibare lipide in een NLC resulteert in een minder perfecte kristallisatie, waardoor de geneesmiddelbelading efficiëntie verhogen en tevens de verwijdering van ingekapselde geneesmiddelen verminderen…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs erkennen de Saoedi-Arabië gefinancierde studiebeurs (I821) voor het maken van het onderzoek mogelijk te maken. De auteurs zijn dankbaar Dr Xianwei Liu voor deskundige ondersteuning in TEM analyse van Cranfield University.
Materials
| Dacarbazine (DAC) | Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) | D2390-100MG | drug used for uploading |
| glyceryl palmitostearate | Gattefossé (Saint_Priest_cédex, France) | 85251-77-0 | solid lipid |
| d-α- Tocopherol polyethylene glycol succinate (TPGS) | Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) | 57668 | lipid phase surfactant |
| Poloxamer 188 | Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) | 15759-1KG | liqiud phase surfactant |
| Acetone | Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) | 650501-1L | organic solvent |
| Ethanol | Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) | 459836-1L | organic solvent |
| Soybean lecithin (SL) | Cuisine Innovation (Dijon, France) | SLL1402 | lipid phase surfactant |
| Double-distilled water was collected in our laboratory from | Millipore-Q Gradient A10 ultra-pure water system (Millipore, France) | SAS – 67120 | aqueous phase |
| T 25 digital ULTRA-TURRAX | IKA | 3725000 | as high shear disperser |
| Hotplate Magnetic Stirrer | Scientific Support, Inc | 1454 | emulsion homogenization |
References
- Loo, T. L., Housholder, G. E., Gerulath, A. H., Saunders, P. H., Farquhar, D. Mechanism of action and pharmacology studies with DTIC (NSC 45388). Cancer Treat Rep. 60 (2), 149-152 (1976).
- Behringer, K., et al. Omission of dacarbazine or bleomycin, or both, from the ABVD regimen in treatment of early-stage favourable Hodgkin’s lymphoma (GHSG HD13): An open-label, randomised, non-inferiority trial. The Lancet. 385 (9976), 1418-1427 (2014).
- Carvajal, R. D., et al. A phase 2 randomised study of ramucirumab (IMC-1121B) with or without dacarbazine in patients with metastatic melanoma. Eur J Cancer. 50 (12), 2099-2107 (2014).
- Jiang, G., Li, R., Sun, C., Liu, Y., Zheng, J. Dacarbazine combined targeted therapy versus dacarbazine alone in patients with malignant melanoma: A meta-analysis. PLoS ONE. 9 (12), (2014).
- Lazar, V., et al. Sorafenib plus dacarbazine in solid tumors: A phase i study with dynamic contrast-enhanced ultrasonography and genomic analysis of sequential tumor biopsy samples. Invest New Drugs. 32 (2), 312-322 (2014).
- Niemeijer, N. D., Alblas, G., Van Hulsteijn, L. T., Dekkers, O. M., Corssmit, E. P. M. Chemotherapy with cyclophosphamide, vincristine and dacarbazine for malignant paraganglioma and pheochromocytoma: Systematic review and meta-analysis. Clin Endocrinol (Oxf). 81 (5), 642-651 (2014).
- Bedikian, A. Y., Garbe, C., Conry, R., Lebbe, C., Grob, J. J. Dacarbazine with or without oblimersen (a Bcl-2 antisense oligonucleotide) in chemotherapy-naive patients with advanced melanoma and low-normal serum lactate dehydrogenase: ‘The AGENDA trial’. Melanoma Res. 24 (3), 237-243 (2014).
- Daponte, A., et al. Phase III randomized study of fotemustine and dacarbazine versus dacarbazine with or without interferon-a in advanced malignant melanoma. J Trans Med. 11 (1), (2013).
- Jiao, J., Rhodes, D. G., Burgess, D. J. Multiple Emulsion Stability: Pressure Balance and Interfacial Film Strength. J Colloid Interface Sci. 250 (2), 444-450 (2002).
- Kakumanu, S., Tagne, J. B., Wilson, T. A., Nicolosi, R. J. A nanoemulsion formulation of dacarbazine reduces tumor size in a xenograft mouse epidermoid carcinoma model compared to dacarbazine suspension. Nanomedicine. 7 (3), 277-283 (2011).
- Xie, T., Nguyen, T., Hupe, M., Wei, M. L. Multidrug resistance decreases with mutations of melanosomal regulatory genes. Cancer Res. 69 (3), 992-999 (2009).
- Estanqueiro, M., Amaral, M. H., Conceição, J., Lobo, J. M. S. Nanotechnological carriers for cancer chemotherapy: the state of the art. Colloids Surf., B. 126, 631-648 (2015).
- Koziara, J. M., Whisman, T. R., Tseng, M. T., Mumper, R. J. In-vivo efficacy of novel paclitaxel nanoparticles in paclitaxel-resistant human colorectal tumors. J Controlled Release. 112 (3), 312-319 (2006).
- Ding, B., et al. Biodegradable methoxy poly (ethylene glycol)-poly (lactide) nanoparticles for controlled delivery of dacarbazine: Preparation, characterization and anticancer activity evaluation. Afr J Pharm Pharacol. 5 (11), 1369-1377 (2011).
- Ding, B., et al. Anti-DR5 monoclonal antibody-mediated DTIC-loaded nanoparticles combining chemotherapy and immunotherapy for malignant melanoma: target formulation development and in vitro anticancer activity. Int J Nanomedicine. 6, 1991-2005 (2011).
- Jenning, V., Thünemann, A. F., Gohla, S. H. Characterisation of a novel solid lipid nanoparticle carrier system based on binary mixtures of liquid and solid lipids. Int J Pharm. 199 (2), 167-177 (2000).
- Müller, R. H., Radtke, M., Wissing, S. A. Nanostructured lipid matrices for improved microencapsulation of drugs. Int J Pharm. 242 (1-2), 121-128 (2002).
- Pouton, C. W. Lipid formulations for oral administration of drugs: Non-emulsifying, self-emulsifying and ‘self-microemulsifying’ drug delivery systems. Eur. J. Pharm. Sci. 11 (Suppl. 2), S93-S98 (2000).
- Jores, K., Mehnert, W., Drechsler, M., Bunjes, H., Johann, C., Mäder, K. Investigations on the structure of solid lipid nanoparticles (SLN) and oil-loaded solid lipid nanoparticles by photon correlation spectroscopy, field-flow fractionation and transmission electron microscopy. J Controlled Release. 95 (2), 217-227 (2004).
- Almousallam, M., Zhu, H. Encapsulation of cancer therapeutic agent dacarbazine using nanostructured lipid carrier. Int nano lett. , (2015).
- Ng, W. K., et al. Thymoquinone-loaded nanostructured lipid carrier exhibited cytotoxicity towards breast cancer cell lines (MDA-MB-231 and MCF-7) and cervical cancer cell lines (HeLa and SiHa). BioMed Research International. , (2015).
- Sun, M., et al. Quercetin-nanostructured lipid carriers: Characteristics and anti-breast cancer activities in vitro. Colloids Surf., B. 113, 15-24 (2014).
- Savla, R., Garbuzenko, O. B., Chen, S., Rodriguez-Rodriguez, L., Minko, T. Tumor-Targeted Responsive Nanoparticle-Based Systems for Magnetic Resonance Imaging and Therapy. Pharm Res. 31 (12), 3487-3502 (2014).
- Chen, Y., et al. Formulation, characterization, and evaluation of in vitro skin permeation and in vivo pharmacodynamics of surface-charged tripterine-loaded nanostructured lipid carriers. Int J Nanomedicine. 7, 3023 (2012).
- Sanna, V., Caria, G., Mariani, A. Effect of lipid nanoparticles containing fatty alcohols having different chain length on the ex vivo skin permeability of Econazole nitrate. Powder Technol. 201 (1), 32-36 (2010).
- Brigger, I., Dubernet, C., Couvreur, P. Nanoparticles in cancer therapy and diagnosis. Adv Drug Deliv Rev. 54 (5), 631-651 (2002).
- Visaria, R. K., et al. Enhancement of tumor thermal therapy using gold nanoparticle-assisted tumor necrosis factor-a delivery. Mol Cancer Ther. 5 (4), 1014-1020 (2006).
- Tripathi, A., Gupta, R., Saraf, S. A. PLGA nanoparticles of anti tubercular drug: Drug loading and release studies of a water in-soluble drug. Int J PharmTech Res. 2 (3), 2116-2123 (2010).
- Joshi, M., Patravale, V. Nanostructured lipid carrier (NLC) based gel of celecoxib. Int J Pharm. 346 (1-2), 124-132 (2008).
- Lim, W. M., Rajinikanth, P. S., Mallikarjun, C., Kang, Y. B. Formulation and delivery of itraconazole to the brain using a nanolipid carrier system. Int J Nanomedicine. 9 (1), 2117-2126 (2014).
- Bei, D., Zhang, T., Murowchick, J. B., Youan, B. C. Formulation of dacarbazine-loaded cubosomes. Part III. physicochemical characterization. AAPS PharmSciTech. 11 (3), 1243-1249 (2010).
- Lei, M., et al. Dual drug encapsulation in a novel nano-vesicular carrier for the treatment of cutaneous melanoma: Characterization and in vitro/in vivo evaluation. RSC Advances. 5 (26), (2015).
