高速でスケーラブルなアセンブリおよびフラッシュ Nanoprecipitation を介して多様な合成ナノキャリアへ生理活性タンパク質や生理の読み込み
Summary
ナノ材料基礎科学と並進アプリケーション制御治療薬デリバリーの汎用性の高いメカニズムを提供するが、頻繁に彼らの作製最も生物医学研究所で利用されていない専門知識が必要があります。ここでは、スケーラブルな製造およびフラッシュ nanoprecipitation を使用して多様な片岡の治療読み込み用のプロトコルを提案する.
Abstract
ナノ材料は、幅広い治療や画像アプリケーションに単一および結合された分子ペイロードの制御された配信をカスタマイズするためのオプションを提示します。この高められた特定性は、高い効力低下の副作用と低用量を含む、重要な臨床的意義を持つことができます。また、ターゲットにその場で特定の細胞のサブセットの変調、基本的な生命現象のin vitroとin vivoの調査を強化できます、細胞機能をプローブします。ナノスケール科学、化学および多くの場合エンジニア リングに必要な専門知識が製造から彼らの調査のためのツール、またはのための車としてナノ材料をカスタマイズするこれらの分野での経験のない所を禁止する残念なことに、治療戦略。ここでは、合成と安易な形成を受けやすい汎用性の高い非毒性ブロック共重合体システムのスケーラブルなアセンブリおよび医用ナノ車のロード用プロトコルを提供します。フラッシュ nanoprecipitation は poly(ethylene glycol)-blから多様なナノキャリアの迅速な製造のための方法論として提示-ポリ (プロピレング硫化) 共重合体。これらのプロトコルは、幅広い専門知識とリソースを持つ所を簡単にできるように、再現性をもって、アプリケーションの高度なナノキャリア システムを作製します。デザインとフラッシュ nanoprecipitation を容易にする高速シリンジ ポンプを採用している自動機器の建設プロセスし、均一性の制御を強化できるように、サイズ、形態、polymersome ナノキャリアの読み込み、説明します。
Introduction
ナノキャリアは、小さな、高分子化合物の貨物の管理された配信などアクティブなエンティティされていない場合、そのカプセル化、高分解性や生体の管理にも疎水性になります。定期的に作製したナノキャリア形態の高分子ベシクル (polymersomes とも呼ばれます) リポソームに似ていますは親水性と疎水性の貨物1,2を同時にロードする機能を提供します。その有望な利点にもかかわらず polymersomes ではまだ珍しい臨床応用により、一部、製造のいくつかの重要課題に。臨床用 polymersome 製剤、無菌、大規模な一貫したバッチで行われる必要があります。
Poly(ethylene glycol)-ブロックなど、ブロック共重合体からフォーム polymersomes にさまざまな技術を使用ことができます-ポリ (プロピレング硫化) (ペグ-bl– PPS)、溶剤分散3、薄膜水分補給1を含む,4マイクロ5,6、および直接水和法7。溶剤分散には、タンパク質のようないくつかの生理活性のペイロードを変性が有機溶剤存在下で長いインキュベーション時間が含まれます。薄膜水分補給は、しばしば受け入れ状単分散を達成するために高価で時間のかかる押出し技術が必要な形成された polymersomes の分散制御を提供していません。さらに、流体と直接水和法は、大量生産のためにスケールしにくい。異なるナノキャリア作製方法のフラッシュ nanoprecipitation (FNP) は大規模かつ再現性のある製剤8,9,10を作成する機能を提供しています。私たちの研究室は最近に一貫性のある多様なペグ –bl– PPS ナノ構造形態11,形成を含める FNP の使用を拡大して FNP 以前ソリッドコア ナノ粒子の形成のために予約中、12、polymersomes11とキュービック ナノスフェア12を含みます。FNP が薄膜水分補給と溶媒分散によって形成される非押し出し polymersomes に比べて優れた分散インデックス値の結果に押し出しを必要とせず polymersomes の単分散製剤を形成できることがわかった11. キュービック ナノスフェア, 彼らの大きな疎水性領域とは FNP12溶媒条件の番号の下の形成にもかかわらず、薄膜水分補給によって形成されることができませんでした。
ここでは、我々 はbl– PPS ジブロック共重合体 polymersome 形成で使用されるペグの合成のための詳細な説明を提供し、FNP、FNP に使用される限られた衝突噴流 (CIJ) ミキサー プロトコル自体、および自動システムの実装ユーザーの可変性を減らします。滅菌システムを十分にエンドトキシン配合体内の使用、および polymersomes FNP によって形成された特性に関する代表的なデータを生成する方法については、含まれています。この情報は、polymersomesの in vitroとin vivoの仕事のための利用に関心を持つ読者は、独自の滅菌は、単分散製剤を作製することになります。ナノキャリア製剤、高分子合成専門知識経験を持つ読者は FNP を使用して、現在の製剤化技術の潜在的な代替として、独自のポリマー システムを迅速にテストすることができます。さらに、ナノテクノロジー研究所コースにナノキャリアの定式化の教育ツールとして記載プロトコルは使用可能性があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
Polymersomes ペグ17–bl– 安35を使用しての迅速な製造のための詳細な手順を提供している-SH ジブロック共重合体。小胞 polymersomes は、ペグの親水性および疎水性 PPS ブロック分子量この比率で組み立てられた主な集計形態です。複数回を吹きつけたとき直径と一致された後 200 nm 膜を通して押し出さ polymersomes 分散形成薄膜水和を介して。このプロトコルはこうして径 p…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
我々 は、スタッフとインストルメンテーション ノースウェスタン大学構造生物学研究棟からのサポートを認めます。相対湿度 Lurie 包括的がんセンターの北西大学、ノースウェスタン大学の構造生物学施設からのサポートが認められています。シカゴ ・ コミュニティ ・ トラストでサール資金からサポートとシカゴ医療コンソーシアムによって提供される資金でカダン K2 直接電子検出器を購入しました。我々 はまた、ノースウェスタン大学で次の設備を感謝: 分析、高度な分子イメージング センター生体イメージング施設構造生物学研究棟ケック学際的表面科学施設バイオナノ テクノロジー機器のコア。この研究は国立科学財団のグラント 1453576、国立保健監督機関の新しいイノベーター賞 1DP2HL132390-01、再生ナノメディシン カタリスト賞 2014 マコーミック カタリスト賞センターによって支えられました。SDA は NIH を経てバイオ テクノロジー訓練助成金 T32GM008449 によって部分的に支えられました。
Materials
| CanaKit Raspberry Pi 3 Ultimate Starter Kit – 32 GB Edition | CanaKit | UPC 682710991511 | |
| Linear Bearing Platform (Small) – 8mm Diameter | Adafruit | 1179 | |
| Linear Motion 8 mm Shaft, 330 mm Length, Chrome Plated, Case Hardened, Metric | VXB | kit11868 | |
| Linear Rail Shaft Guide/Support – 8 mm Diameter | Adafruit | 1182 | |
| Manual-Position Precision Slide 4.5" Stroke, 15 lb load capacity | McMaster-Carr | 5236A16 | |
| MTPM-P10-1JK43 Iron Horse DC motor | Iron Horse | MTPM-P10-1JK43 | |
| Official Raspberry Pi Foundation 7" Touchscreen LCD Display | Raspberry Pi | B0153R2A9I (ASIN) | |
| PicoBorg Reverse – Advanced motor control for Raspberry Pi | PiBorg | BURN-0011 | |
| Pololu Carrier with Sharp GP2Y0D810Z0F Digital Distance Sensor 10cm | Pololu | 1134 | |
| Ruland PSR16-5-4-A Set Screw Beam Coupling, Polished Aluminum, Inch, 5/16" Bore A Diameter, 1/4" Bore B Diameter, 1" OD, 1-1/4" Length, 44 lb-in Nominal Torque | Ruland | PSR16-5-4-A | |
| Polyethylene glycol monomethyl ether | Sigma Aldrich | 202495 | |
| Methanesulfonyl chloride | Sigma Aldrich | 471259 | |
| Toluene | Sigma Aldrich | 179418 | |
| Toluene, Anhydrous | Sigma Aldrich | 244511 | |
| Triethylamine | Sigma Aldrich | T0886 | |
| Celite 545 (Diatomaceous Earth) | Sigma Aldrich | 419931 | |
| Dichloromethane | Sigma Aldrich | 320269 | |
| Diethyl ether | Sigma Aldrich | 296082 | |
| N,N-Dimethylformamide, anhydrous | Sigma Aldrich | 227056 | |
| Potassium carbonate | Sigma Aldrich | 791776 | |
| Thioacetic acid | Sigma Aldrich | T30805 | |
| Tetrahydrofuran | Sigma Aldrich | 360589 | |
| Aluminum oxide, neutral, activated, Brockmann I | Sigma Aldrich | 199974 | |
| Sodium methoxide solution, 0.5 M in methanol | Sigma Aldrich | 403067 | |
| Propylene sulfide | Sigma Aldrich | P53209 | |
| Acetic acid | Sigma Aldrich | A6283 | |
| Methanol | Sigma Aldrich | 320390 | |
| Sodium hydroxide solution 1.0 N | Sigma Aldrich | S2770 | |
| Endotoxin-free water | GE Healthcare Life Sciences | SH30529.01 | |
| Paper pH strips | Fisher Scientific | 13-640-508 | |
| Endotoxin-free Dulbecco's PBS | Sigma Aldrich | TMS-012 | |
| Borosilicate glass scintillation vials | Fisher Scientific | 03-337-4 | |
| 1 mL all-plastic syringe | Thermo Scientific | S75101 | |
| Sepharose CL-6B | Sigma Aldrich | CL6B200 | |
| Liquid chromatography column | Sigma Aldrich | C4169 | |
| CIJ mixer, HDPE | Custom | ||
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 | |
| Hydrogen peroxide solution | Sigma Aldrich | 216763 | |
| HEK-Blue hTLR4 | InvivoGen | hkb-htlr4 | |
| RAW-Blue Cells | InvivoGen | raw-sp | |
| QUANTI-Blue | InvivoGen | rep-qb1 | |
| PYROGENT Gel Clot LAL Assays | Lonza | N183-125 |
Referências
- Stano, A., Scott, E. A., Dane, K. Y., Swartz, M. A., Hubbell, J. A. Tunable T cell immunity towards a protein antigen using polymersomes vs. solid-core nanoparticles. Biomaterials. 34 (17), 4339-4346 (2013).
- Discher, B. M., et al. Polymersomes: tough vesicles made from diblock copolymers. Science. 284 (5417), 1143-1146 (1999).
- Vasdekis, A. E., Scott, E. A., O’Neil, C. P., Psaltis, D., Hubbell, J. A. Precision intracellular delivery based on optofluidic polymersome rupture. ACS Nano. 6 (9), 7850-7857 (2012).
- Yi, S., et al. Tailoring Nanostructure Morphology for Enhanced Targeting of Dendritic Cells in Atherosclerosis. ACS Nano. 10 (12), 11290-11303 (2016).
- Shum, H. C., Kim, J. W., Weitz, D. A. Microfluidic fabrication of monodisperse biocompatible and biodegradable polymersomes with controlled permeability. Journal of the American Chemical Society. 130 (29), 9543-9549 (2008).
- Pessi, J., et al. Microfluidics-assisted engineering of polymeric microcapsules with high encapsulation efficiency for protein drug delivery. International Journal of Pharmaceutics. 472 (1-2), 82-87 (2014).
- O’Neil, C. P., Suzuki, T., Demurtas, D., Finka, A., Hubbell, J. A. A novel method for the encapsulation of biomolecules into polymersomes via direct hydration. Langmuir. 25 (16), 9025-9029 (2009).
- Saad, W. S., Prud’homme, R. K. Principles of nanoparticle formation by flash nanoprecipitation. Nano Today. 11 (2), 212-227 (2016).
- Johnson, B. K., Prud’homme, R. K. Mechanism for rapid self-assembly of block copolymer nanoparticles. Physical Review Letters. 91 (11), 118302 (2003).
- Han, J., et al. A simple confined impingement jets mixer for flash nanoprecipitation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 101 (10), 4018-4023 (2012).
- Allen, S., Osorio, O., Liu, Y. G., Scott, E. Facile assembly and loading of theranostic polymersomes via multi-impingement flash nanoprecipitation. Journal of Controlled Release. 262, 91-103 (2017).
- Bobbala, S., Allen, S. D., Scott, E. A. Flash nanoprecipitation permits versatile assembly and loading of polymeric bicontinuous cubic nanospheres. Nanoscale. 10 (11), 5078-5088 (2018).
- Allen, S. D., et al. Polymersomes scalably fabricated via flash nanoprecipitation are non-toxic in non-human primates and associate with leukocytes in the spleen and kidney following intravenous administration. Nano Research. , (2018).
- Karabin, N. B., et al. Sustained micellar delivery via inducible transitions in nanostructure morphology. Nature Communications. 9 (1), 624 (2018).
- Mascoli, C. C., Weary, M. E. Limulus amebocyte lysate (LAL) test for detecting pyrogens in parenteral injectable products and medical devices: advantages to manufacturers and regulatory officials. Journal of the Parenteral Drug Association. 33 (2), 81-95 (1979).
- Pustulka, K. M., et al. Flash nanoprecipitation: particle structure and stability. Molecular Pharmaceutics. 10 (11), 4367-4377 (2013).
- Tang, C., Amin, D., Messersmith, P. B., Anthony, J. E., Prud’homme, R. K. Polymer directed self-assembly of pH-responsive antioxidant nanoparticles. Langmuir. 31 (12), 3612-3620 (2015).
- Gindy, M. E., Panagiotopoulos, A. Z., Prud’homme, R. K. Composite block copolymer stabilized nanoparticles: simultaneous encapsulation of organic actives and inorganic nanostructures. Langmuir. 24 (1), 83-90 (2008).
