Poliuretano Magnético y Térmico<emN</em> -isopropilacrilamida) para liberación controlada magnéticamente
Summary
Este manuscrito describe la preparación de microgeles magnéticos y termosensibles a través de una emulsión inducida por temperatura sin reacción química. Estos microgeles sensibles se sintetizaron mezclando nanopartículas de poli ( N- isopropilacrilamida) (PNIPAAm), polietilenimina (PEI) y Fe 3 O 4 -NH 2 para el uso potencial en liberación de fármaco activada magnéticamente y térmicamente.
Abstract
Se diseñaron y fabricaron para la liberación activada magnéticamente los microgeles de poli ( N- isopropilacrilamida) sensiblemente magnéticamente y térmicamente sensibles (PNIPAAm) / Fe3O4 – NH2 con la curcumina anticancerosa encapsulada (Cur). Los microgeles magnéticos basados en PNIPAAm con una estructura esférica se produjeron mediante una emulsión inducida por temperatura seguida de reticulación física mezclando PNIPAAm, polietilenimina (PEI) y nanopartículas magnéticas de Fe3O4 – NH2. Debido a su dispersidad, las nanopartículas de Fe3O4 – NH2 fueron incrustadas dentro de la matriz polimérica. Los grupos amina expuestos en la superficie de Fe3O4 – NH2 y PEI soportaron la estructura esférica por reticulación física con los grupos amida del PNIPAAm. El fármaco anticanceroso hidrofóbico curcumina puede dispersarse en agua después de la encapsulación en los microgeles. Los microgeles se caracterizaronPor microscopía electrónica de transmisión (TEM), espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y análisis espectral UV-Vis. Además, la liberación activada magnéticamente se estudió bajo un campo magnético externo de alta frecuencia (HFMF). Se observó una "liberación de ráfaga" significativa de curcumina después de aplicar el HFMF a los microgeles debido al efecto de calentamiento inductivo magnético (hipertermia). Este manuscrito describe la liberación controlada magnéticamente activada de Cur-PNIPAAm / Fe 3 O 4 -NH 2 encapsulada curcumina, que puede ser potencialmente aplicada para terapia de tumores.
Introduction
Los hidrogeles son redes poliméricas tridimensionales (3D) que no pueden disolverse pero que pueden hincharse en soluciones acuosas 1 . Las redes poliméricas tienen dominios hidrófilos (que pueden hidratarse para proporcionar la estructura del hidrogel), y una conformación reticulada (que puede impedir el colapso de la red). Se han investigado diversos métodos para la preparación de hidrogeles, tales como polimerización en emulsión, copolimerización aniónica, reticulación de cadenas poliméricas vecinas y polimerización inversa en microemulsión 2 . Se introducen entrecruzamientos físicos y químicos a través de estos métodos para obtener hidrogeles estructuralmente estables 1 , 3 . La reticulación química requiere normalmente la participación del agente de reticulación, que conecta el esqueleto o la cadena lateral de los polímeros. En comparación con el reticulado químico, la reticulación física es una mejor opción para fabricar Debido a la evitación de un agente reticulante, ya que estos agentes son a menudo tóxicos para aplicaciones prácticas 4 . Se han investigado varios enfoques para sintetizar hidrogeles físicamente reticulados, como reticulación con interacción iónica, cristalización, unión entre bloques anfifílicos o injertos en las cadenas poliméricas, y enlaces de hidrógeno 4 , 5 , 6 , 7 .
Los polímeros sensibles a los estímulos, que pueden experimentar cambios de propiedades conformacionales, químicos o físicos en respuesta a diferentes condiciones ambientales (temperatura, pH, luz, fuerza iónica y campo magnético), han atraído recientemente la atención como una plataforma potencial para sistemas de liberación controlada , La administración de fármacos y la terapia contra el cáncer 8 , 9 ,El PNIPAAm es un polímero térmicamente sensible, que contiene grupos amida hidrófilos y grupos isopropilo hidrófobos, y tiene una temperatura crítica más baja de la solución (LCST) 13. La unión de hidrógeno entre grupos amida y moléculas de agua proporciona la dispersidad de PNIPAAm en solución acuosa a bajas temperaturas (por debajo de la LCST), mientras que el enlace de hidrógeno entre cadenas poliméricas se produce a altas temperaturas (por encima de la LCST) Moléculas de modo que la red de polímero se derrumba.En relación con esta propiedad única, se han publicado muchos informes para preparar hidrogeles auto-ensamblados disparados por temperatura, ajustando la relación hidrofóbica e hidrófila de la longitud de la cadena polimérica, tal como copolimerización, Modificación en cadena para los farmacéuticosCal plataformas 14 , 15 , 16 , 17 .
Los materiales magnéticos como el hierro, el cobalto y el níquel también han recibido mayor atención durante las últimas décadas para las aplicaciones bioquímicas [ 18] . Entre estos candidatos, el óxido de hierro es el más utilizado debido a su estabilidad y baja toxicidad. Los óxidos de hierro nanométricos responden instantáneamente al campo magnético y se comportan como átomos superparamagnéticos. Sin embargo, estas pequeñas partículas se agregan fácilmente; Esto reduce la energía superficial, y por lo tanto pierden su dispersidad. Con el fin de mejorar la dispersión en agua, el injerto o el recubrimiento para proteger la capa se aplican comúnmente no sólo para separar cada partícula individual de estabilidad, sino también para funcionalizar aún más el sitio de reacción 19 .
Aquí, hemos fabricado magnético PNIPAAm basado en microGeles para servir como portadores de fármacos para sistemas de liberación controlada. El proceso de síntesis se describe y se muestra en la Figura 1 . En lugar de copolimerización complicada y reticulación química, se empleó la nueva emulsión inducida por temperatura de PNIPAAm seguida de reticulación física para obtener los microgeles sin agentes tensioactivos o reticulantes adicionales. Esto simplificó la síntesis y evitó toxicidad indeseada. Dentro de un protocolo de preparación tan simple, los microgeles as-sintetizados ofrecieron dispersidad de agua tanto para las nanopartículas magnéticas de óxido de hierro como para el fármaco hidrofóbico anticanceroso, la curcumina. FT-IR, TEM y la obtención de imágenes proporcionaron evidencia de dispersión y encapsulación. Debido al Fe 3 O 4 -NH 2 incrustado, los microgeles magnéticos mostraron potencial para servir como microdispositivos para liberación controlada bajo HFMF.
Protocol
Representative Results
Discussion
Los pasos más importantes de la preparación se encuentran en la sección de protocolo 2, para la síntesis de los microgeles magnéticos por emulsión termo-inducida. Como se muestra en la Figura 2 (imágenes TEM), la estructura esférica de microgeles podría mantenerse a RT (inferior a la LCST) debido a la reticulación física resultante de la fuerte unión H entre PNIPAAm (grupos amida), PEI (grupos amina) Y Fe $ ₃ $ O $ ₄ $ -NH $ ₂ $ (grupos ami…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo contó con el apoyo financiero del Ministerio de Ciencia y Tecnología de Taiwán (MOST 104-2221-E-131-010, MOST 105-2622-E-131-001-CC2) y parcialmente apoyado por el Instituto de Ciencias Atómicas y Moleculares, Academia Sínica.
Materials
| Poly(N-isopropylacrylamide) | Polyscience, Inc | 21458-10 | Mw~40000 |
| (3-aminopropyl)trimethoxysilane | Sigma-Aldrich | 440140 | > 99 % |
| Iron(II) chloride tetrahydrate | Sigma-Aldrich | 44939 | 99% |
| Iron(III) chloride | Sigma-Aldrich | 157740 | 97% |
| Curcumin | Sigma-Aldrich | 00280590 | |
| Ammonia hydroxide | Fisher Chemical | A/3240/PB15 | 35% |
| Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | 806552 | pH 7.4, liquid, sterile-filtered |
| Polyethylenimine (PEI) | Sigma-Aldrich | P3143 | 50 % (w/v) in water |
| High-frequency magnetic field (HFMF) | Lantech Industrial Co., Ltd.,Taiwan | LT-15-80 | 15 kV, 50–100 kHz |
| Ultraviolet-Visible Spectrophotometry | Thermo Scientific Co. | Genesys | |
| Transmission electron microscopy (TEM) | JEM-2100 | JEOL | |
| Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) | PerkinElmer | Spectrum 100 | |
| Thermogravimetric analyzer | PerkinElmer | Pyris 1 | |
| Ultrasonic cell disruptor | Hielscher Ultrasonics | UP50H |
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