Ölçeklenebilir, Hızlı montaj ve biyoaktif proteinler ve Immunostimulants yükleme yolu ile birden parlamak Nanoprecipitation çeşitli sentetik Nanocarriers içine
Summary
Nanomalzemeler çok yönlü kontrollü tedavi teslimat temel bilim ve çevirim uygulamalar için mekanizmalar kullanır, ancak onların imalat kez en Biyomedikal laboratuvarlarda kullanılamaz uzmanlık gerektirir. Burada, iletişim kuralları ölçeklenebilir imalat ve terapötik flash nanoprecipitation kullanarak çeşitli kendi kendine monte nanocarriers yüklenmesini için mevcut.
Abstract
Nanomalzemeler tedavi ve görüntüleme uygulamaları için tek ve kombine moleküler payloads kontrollü teslimat özelleştirmek için seçenekleri çok çeşitli sunuyoruz. Bu artan özgüllüğü düşük yan etkileri ve daha düşük dozlarda ile daha yüksek güç de dahil olmak üzere önemli klinik üzerinde etkileri olabilir. Ayrıca, in situ hedefleme ve belirli hücre alt kümeleri kontrollü modülasyon temel biyolojik olayların içinde in vitro ve in vivo incelemeler geliştirmek ve hücre işlevini prob. Ne yazık ki, nano bilimi, kimya ve mühendislik kez gerekli uzmanlık yasaklamak laboratuvarlar bu alanlardaki deneyimi olmayan imalatı ve onların soruşturma için araçları veya Araçlar için Nanomalzemeler özelleştirme onların tedavi stratejileri. Burada, sentez ve ölçeklenebilir bir çok yönlü toksik olmayan blok kopolimer sistem facile oluşumuna müsait Meclisi ve biyomedikal uygulamalar için nano araçların yükleme için iletişim kuralları sağlar. Flash nanoprecipitation farklı nanocarriers poly(ethylene glycol) –blüzerinden hızlı imalatı için bir metodoloji olarak sunulan-poli (propilen sülfit) kopolimerler. Bu protokoller laboratuvarları geniş bir yelpazede uzmanlık ve kaynaklara kolayca izin ve tekrarlanarak gelişmiş nanocarrier dağıtım sistemleri uygulamaları için imal. Tasarım ve flash nanoprecipitation kolaylaştırmak için bir yüksek hızlı şırınga pompa istihdam otomatik bir araç inşaat süreci ve homojenliği gelişmiş denetime izin vermek için boyut, Morfoloji ve yük-in polymersome nanocarriers olduğunu açıklanan.
Introduction
Nanocarriers küçük ve makromoleküllerin kargo, kontrollü teslimat için izin dahil olmak üzere etkin varlıklar, aksi takdirde kapsüllü, ya son derece parçalanabilir ve/veya Yönetim içinde vivoiçin de hidrofobik olurdu. Düzenli olarak fabrikasyon nanocarrier türleri morfoloji, polimer veziküller (polymersomes olarak da bilinir) lipozomlar benzer teklif Hidrofilik ve hidrofobik kargo1,2aynı anda yüklemek için yetenek. Gelecek vaat eden onların avantajlara rağmen polymersomes nedeniyle, kısmen, birkaç temel zorlukla onların imalat için klinik uygulamalarda hala nadirdir. Klinik kullanım için polymersome formülasyonları büyük ölçekli, steril ve tutarlı gruplar halinde yapılması gerekir.
Bir takım teknikler-ebilmek var olmak kullanılmış için formu polymersomes poly(ethylene glycol) –blokgibi bir diblock kopolimer üzerinden-poli (propilen sülfür) (PEG –bl– PPS), solvent dağılım3, ince film rehidrasyon1 içeren , 4, havacilik 5,6ve doğrudan hidrasyon7. Solvent dağılım uzun bir kuluçka kez proteinler gibi bazı biyoaktif payloads denatüre organik çözücüler huzurunda içerir. İnce film rehidrasyon kez kabul edilebilir monodispersity elde etmek için pahalı ve zaman alıcı ekstrüzyon teknikleri gerektiren kurulan polymersomes polydispersity üzerinde denetim sağlamaz. Ayrıca, microfluids ve doğrudan hidrasyon ölçek daha büyük üretim birimleri için zordur. Farklı nanocarrier imalat yöntemleri, flash nanoprecipitation (FNP) büyük ölçekli ve tekrarlanabilir formülasyonları8,9,10yapma yeteneğini sunmaktadır. Sırasında FNP daha önce katı çekirdekli nano tanecikleri formülasyon için rezerve edilen, laboratuarımıza son zamanlarda çeşitli PEG –bl– PPS nanostructure türleri morfoloji11, tutarlı oluşumu dahil etmek FNP kullanımı genişletti 12, polymersomes11 ve bicontinuous nanospheres12de dahil olmak üzere. İnce film rehidrasyon ve solvent dağılımı tarafından kurulan sigara kalıptan çekilmiş polymersomes göre üstün polydispersity dizin değerlerini sonuçlanan FNP ekstrüzyon, gerek kalmadan polymersomes monodisperse formülasyonları şekillendirme yeteneğine sahip olduğunu ortaya koymuştur 11. Bicontinuous nanospheres, onların büyük hidrofobik etki alanları ile bir dizi FNP12ile solvent koşul altında şekillendirme rağmen ince film rehidrasyon tarafından oluşturulmasına izin mümkün değildi.
Burada, biz bir sentezi için PEG –bl– PPS diblock kopolimer polymersome oluşumunda kullanılan ayrıntılarıyla, FNP FNP için kullanılan sınırlı sıkışma jetler (CIJ) Mikser protokol kendisi ve otomatik bir sistem uygulanması Kullanıcı değişkenliği azaltır. Yeterince endotoksin-Alerjik formülasyonları kullanım vivo içindeve FNP tarafından kurulan polymersomes karakterizasyonu ilgili temsilcisi verilerin için üretmek için sistem sterilize hakkında bilgi içerir. Bu bilgileri kullanarak, okuyucuların ilgi polymersomes vitro ve in vivo çalışmaları için kullanan ile steril, kendi monodisperse formülasyonları imal etmek mümkün olacak. Deneyime sahip okuyucular nanocarrier formülasyonları ve polimer sentez uzmanlığı ile hızla FNP geçerli formülasyonu teknikleri için potansiyel bir alternatif olarak kullanarak kendi polimer sistemleri test edebilecektir. Ayrıca, burada açıklanan protokoller eğitim araçları nanocarriers nanoteknoloji Laboratuvarı dersleri formülasyonu için kullanılabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz polymersomes PEG17–bl– PPS35kullanarak hızlı imalatı için ayrıntılı talimatlar hazırladık-SH diblock kopolimer. Veziküler polymersomes PEG Hidrofilik ve hidrofobik PPS blok moleküler ağırlık bu oranında monte birincil toplama morfolojisi vardır. Ne zaman birden çok kez gerilmelere, onlar bir çapa sahip ve ince film hidrasyon ile 200 nm membran sonra kalıptan çekilmiş polymersomes eşleşen polydispersity kurdu. Bu iletişim kuralı böylece monodisperse pol…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Destek personeli ve araçları Northwestern Üniversitesi yapısal biyoloji tesisinden anıyoruz. R.H. Lurie kapsamlı Kanser Merkezi, Northwestern Üniversitesi ve Northwestern Üniversitesi yapısal biyoloji imkanları desteğinden kabul edilmektedir. Gatan K2 doğrudan elektron dedektörü Chicago toplum güven, Searle fonlarından destek ile Chicago Biyomedikal Konsorsiyumu tarafından sağlanan fonları ile satın alınmıştır. Biz de Northwestern Üniversitesi’nde aşağıdaki imkanları teşekkür: Keck disiplinlerarası yüzey bilim tesis, yapısal biyoloji tesis, biyolojik Imaging tesis, gelişmiş moleküler görüntüleme merkezi ve analitik Bionanotechnology ekipman çekirdek. Bu araştırma Ulusal Bilim Vakfı Hibe 1453576, sağlık Müdürü ulusal kurumları’nın yeni yenilikçi Ödülü 1DP2HL132390-01, rejeneratif Nanomedicine Catalyst Ödülü ve 2014 McCormick Catalyst Ödülü Merkezi tarafından desteklenmiştir. SDA kısmen NIH HGUGM Biyoteknoloji eğitim Grant T32GM008449 tarafından desteklenmiştir.
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).
