Nanosponge Tunability in grootte en Crosslinking dichtheid
Summary
Dit artikel beschrijft een proces voor het afstemmen van de grootte en crosslinking dichtheid van covalent kruisverwijzende nanodeeltjes van lineaire polyesters met hanger functionaliteit. Door afstemming synthese parameters (polymeer moleculair gewicht, hanger functionaliteit opneming en simulaties van de crosslinker), worden een nanoparticle van de gewenste grootte en crosslinking dichtheid bereikt voor drug delivery toepassingen.
Abstract
Beschrijven we een protocol voor de synthese van lineaire polyesters met hanger epoxide functionaliteit en hun integratie in een nanosponge met gecontroleerde afmetingen. Deze benadering begint met de synthese van een functionalized lacton die is de sleutel tot het functionalization van de tegenhanger van het resulterende polymeer. Valerolactone (VL) en allyl-valerolactone (AVL) zijn vervolgens copolymerized met ring-opening polymerisatie. Na polymerisatie wijziging wordt vervolgens gebruikt om te installeren een epoxide-groep op sommige of alle van de hanger allyl-groepen. Epoxy-amine chemie is werkzaam aan formulier nanodeeltjes in een verdunde oplossing van polymeer zowel klein molecuul diamine crosslinker op basis van de gewenste nanosponge grootte en crosslinking dichtheid. Nanosponge maten kunnen worden gekarakteriseerd door Transmissie Electronenmicroscopie (TEM) imaging om de dimensie en de distributie te bepalen. Deze methode biedt een weg die zeer afstembare polyesters afstembare nanodeeltjes, die kan worden gebruikt voor de inkapseling van de drug van de kleine molecuul kunnen maken. Deze deeltjes zijn vanwege de aard van de ruggengraat, hydrolytisch en enzymatisch afbreekbaar voor een gecontroleerde afgifte van een breed scala van hydrofobe kleine moleculen.
Introduction
Juist het afstemmen van de grootte en crosslinking dichtheid van nanodeeltjes gebaseerd op intermoleculaire crosslinking is van groot belang te beïnvloeden en gids van de drug release-Profiel van deze nanosystems1. Ontwerpen nanosponge tunability, dat wil zeggen, voorbereiding van deeltjes van verschillende netwerk dichtheden, is afhankelijk van de functionaliteit van de tegenhanger van het polymeer voorloper en de equivalenten van de hydrofiele crosslinker opgenomen. In deze benadering is de concentratie van de voorloper en crosslinker in het oplosmiddel belangrijk om formulier nanodeeltjes van een discrete formaat in plaats van een bulk-gel. Met behulp van spectroscopie van kwantitatieve nucleaire magnetische resonantie (NMR) als een karakterisering techniek zorgt voor de precieze bepaling van opgenomen hanger functionaliteit en polymeer molecuulgewicht. Zodra nanoparticles zijn gevormd, kunnen worden geconcentreerd en ontbindend in organics zonder het karakter van een nanogel.
Recente werkzaamheden in nanoparticle drug levering heeft gericht op het gebruik van poly (melkzuur-co-glycolzuur) (PLGA) zelf geassembleerd nanodeeltjes2,3,4,5,6. PLGA heeft afbreekbaar ester verbanden waardoor het geschikt voor drug delivery toepassingen en wordt vaak gecombineerd met poly(ethylene glycol) (PEG) als gevolg van zijn onzichtbare eigenschappen7. Echter, vanwege de zelf samengestelde aard van PLGA deeltjesvorming, de deeltjes kunnen niet worden solubilized in organische verbindingen voor verdere functionalization. In tegenstelling tot PLGA nanodeeltjes biedt de voorgestelde methode covalente crosslinking vormen een nanoparticle met de gedefinieerde grootte en morfologie, die stabiel in organische verbindingen en degraderen in waterige oplossingen1. Voordelen van deze aanpak zijn de mogelijkheid om verder chemisch functionalize het oppervlak van de nanosponge8, en de stabiliteit in organische oplosmiddelen kan worden gebruikt voor de post laden van de deeltjes met farmaceutische stoffen1,9. Met deze methode kan de inkapseling van hydrofobe kleine moleculen door neerslag in waterige media worden bereikt. De hydrophobicity van de polyester ruggengraat samen met de hydrofiele korte crosslinker geeft deze deeltjes een amorfe karakter op lichaamstemperatuur. Bovendien kan het deeltje na drug laden, fijne schorsingen vormen in waterige media als direct ingespoten in vivo. Het is ons doel bij deze werkzaamheden te evalueren van de parameters voor de synthese van deze polyester nanosponges en die zijn van vitaal belang voor het ontwerp en de controle van de grootte en morfologie bepalen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Verkrijgen van reproduceerbaar nanosponge maten is essentieel in drug levering toepassingen. Meerdere parameters in de polymerisatie en nanosponge synthese van invloed op de grootte en de dwarslijn dichtheid van de resulterende deeltje. Drie belangrijke parameters werden vastgesteld in onze analyse: polymeer moleculair gewicht, epoxide hanger functionaliteit en simulaties van de crosslinker. Om te produceren een reeks molecuulgewichten en epoxide functionaliteiten voor nanosponge synthese, moet de stoichiometrie van de V…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LK is dankbaar voor de financiering van de National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (DGE-1445197) en de Vanderbilt Universiteit scheikunde departement. LK en EH bedank de financiering voor het Osiris TEM instrument (NSF EPS-1004083).
Materials
| 2,2'-(Ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | 385506-100ML | |
| 3-methyl-1-butanol | Sigma-Aldrich | 309435-100ML | anhydrous, ≥99% |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 179124-4L | |
| Allyl bromide | Sigma-Aldrich | A29585-5G | ≥99% |
| Ammonium chloride | Fisher Scientific | A661-500 | saturated solution in DI water |
| Cell culture water | Sigma-Aldrich | W3500-500ML | Filtered through 0.45 μm syringe filter |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | anhydrous, ≥99%, contains 40-150 ppm amylene as stabilizer |
| Ethyl Acetate | Fisher Scientific | E145SK-4 | |
| EZFlow 0.2 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-2116-OEM | Hydrophillic PTFE, 13 mm |
| EZFlow 0.45 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-3126-OEM | Hydrophillic PTFE, 25 mm |
| Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Test Tubes with Plain End | Fisher Scientific | 14-961-31 | |
| Fisherbrand Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-666-318 | 1.5 mL |
| Hamilton Microliter Syringe, 100 μL | Hamilton Company | 80600 | Model 710 N SYR, Cemented NDL, 22s ga, 2 in, point style 2 |
| Hexamethylphosphoramide | Sigma-Aldrich | H11602-100G | ≥99%, contains ≤1000 ppm propylene oxide as stabilizer |
| Hexanes | Fisher Scientific | H292-4 | |
| Magnesium sulfate anhydrous | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Meta-chloroperoxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | 273031-100G | Purified to ≥99% by buffer wash |
| Methanol (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415-100ML | anhydrous, ≥99% |
| N-butyllithium solution | Sigma-Aldrich | 230707-100ML | 2.5 M in hexanes |
| N,N-diisopropylethylamine | Sigma-Aldrich | 550043-500ML | ≥99% |
| Parafilm M | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| PELCO Pro Reverse (Self-Closing) Tweezers | Ted Pella, Inc. | 5375-NM | |
| Phosphotungstic acid hydrate | Alfa Aesar | 40116 | |
| Q55 Sonicator | Qsonica | Q55-110 | 55 Watts, 20 kHz |
| SiliaMetS Cysteine | Silicycle | R80530B-10g | |
| SnakeSkin Dialysis Clips | Thermo Scientific | 68011 | |
| SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO | Thermo Scientific | 68100 | |
| Sodium bicarbonate | Fisher Scientific | 5233-500 | saturated solution in DI water |
| TEM grid | Ted Pella, Inc. | 01822-F | Ultrathin Carbon Type-A, 400 mesh, Copper, approx. grid hole size: 42µm |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 401757-1L | Anhydrous, ≥99.9%, inhibitor-free |
| Tin(II) trifluoromethanesulfonate | Sigma-Aldrich | 388122-1G | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Whatman Filter Paper, Grade 1 | Fisher Scientific | 09-805H | Circles, 185 mm |
| δ-valerolactone | Sigma-Aldrich | 389579-100ML | Purified by vacuum distillation |
Referências
- van der Ende, A. E., Sathiyakumar, V., Diaz, R., Hallahan, D. E., Harth, E. Linear release nanoparticle devices for advanced targeted cancer therapies with increased efficacy. Polym Chem. 1 (1), 93 (2010).
- Sharma, S., Parmar, A., Kori, S., Sandhir, R. PLGA-based nanoparticles: A new paradigm in biomedical applications. Trends Anal Chem. 80, 30-40 (2016).
- Cao, L. B., Zeng, S., Zhao, W. Highly Stable PEGylated Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Nanoparticles for the Effective Delivery of Docetaxel in Prostate Cancers. Nanoscale Res Lett. 11 (1), 305 (2016).
- Chelopo, M. P., Kalombo, L., Wesley-Smith, J., Grobler, A., Hayeshi, R. The fabrication and characterization of a PLGA nanoparticle-Pheroid® combined drug delivery system. J Mater Sci. 52 (6), 3133-3145 (2016).
- Guan, Q., et al. Preparation, in vitro and in vivo evaluation of mPEG-PLGA nanoparticles co-loaded with syringopicroside and hydroxytyrosol. J Mater Sci Mater Med. 27 (2), 24 (2016).
- Cannava, C., et al. Nanospheres based on PLGA/amphiphilic cyclodextrin assemblies as potential enhancers of Methylene Blue neuroprotective effect. RSC Adv. 6, 16720-16729 (2016).
- Locatelli, E., Franchini, M. C. Biodegradable PLGA-b-PEG polymeric nanoparticles: synthesis, properties, and nanomedical applications as drug delivery system. J Nanopart Res. 14 (12), (2012).
- van der Ende, A. E., Croce, T., Hamilton, S., Sathiyakumar, V., Harth, E. M. Tailored polyester nanoparticles: post-modification with dendritic transporter and targeting units via reductive amination and thiol-ene chemistry. Soft Matter. 5 (7), 1417 (2009).
- Lockhart, J. N., Stevens, D. M., Beezer, D. B., Kravitz, A., Harth, E. M. Dual drug delivery of tamoxifen and quercetin: Regulated metabolism for anticancer treatment with nanosponges. J Control Release. 220 (Pt. B), 751-757 (2015).
- Shriner, R. L., Hermann, C. K. F., Morrill, T. C., Curtin, D. Y., Fuson, R. C. . The Systematic Identification of Organic Compounds. , (2004).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1987).
- Williams, D. B., Barry Carter, C. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).
- van der Ende, A. E., Kravitz, E. J., Harth, E. M. Approach to Formation of Multifunctional Polyester Particles in Controlled Nanoscopic Dimensions. J Am Chem. Soc. 130 (27), 8706-8713 (2008).
- Stevens, D. M., Watson, H. A., LeBlanc, M. A., Wang, R. Y., Chou, J., Bauer, W. S., Harth, E. M. Practical polymerization of functionalized lactones and carbonates with Sn(OTf)2 in metal catalysed ring- opening polymerization methods. Polym Chem. 4, 2470-2474 (2013).
