ייצור של פלטפורמת אספקת חיסונים רגישה כמעט לאפרה-אדום, Core-Shell
Summary
מאמר זה מתאר את הפרוטוקולים המשמשים להפקת פלטפורמת אספקת חיסונים חדשנית, “polybubbles”, כדי לאפשר שחרור פרץ מושהה. פוליאסטר כולל פולי (חומצה לקטית-co-גליקולית) ו polycaprolactone שימשו כדי ליצור את polybubbles מולקולות קטנות ואנטיגן שימשו מטען.
Abstract
אסטרטגיות אספקת חיסונים שיכולות להגביל את החשיפה של מטען לממס אורגני תוך מתן אפשרות לפרופילי שחרור חדשניים הן קריטיות לשיפור כיסוי החיסון ברחבי העולם. כאן, מוצגת פלטפורמת חדשנית להזרקה, אולטרה סגולה הניתנת לריפוי ועיכוב בהפצה, המאפשרת אספקת חיסונים בשם polybubbles. המטען הוזרק לתוך polybubbles פוליאסטר מבוסס שנוצרו 10% carboxymethycellulose מבוסס תמיסה מים. נייר זה כולל פרוטוקולים לשמירה על צורה כדורית של polybubbles ולמטב את מיקום מטען ושמירה כדי למקסם את כמות המטען בתוך polybubbles. כדי להבטיח בטיחות, תכולת ממס כלור בתוך polybubbles נותחו באמצעות ניתוח הפעלת ניוטרונים. מחקרי שחרור נערכו עם מולקולות קטנות כמטען בתוך polybubble כדי לאשר שחרור פרץ מושהה. כדי להראות עוד יותר את הפוטנציאל למסירה לפי דרישה של המטען, nanorods זהב היו מעורבים בתוך מעטפת פולימר כדי לאפשר הפעלת לייזר כמעט אינפרא אדום.
Introduction
כיסוי חיסון מוגבל גורם למותם של 3 מיליון אנשים הנגרמת במיוחד על ידי מחלות הניתנות למניעה חיסון1. תנאי אחסון ותחבורה לקויים מובילים לבזבוז של חיסונים פונקציונליים ובכך תורמים לצמצום החיסונים הגלובליים. בנוסף, חיסון לא שלם בשל אי דבקות בלוחות הזמנים הנדרשים של החיסון גורם גם לכיסוי חיסון מוגבל, במיוחד במדינות מתפתחות2. ביקורים מרובים של אנשי צוות רפואי נדרשים בתקופה המומלצת לקבלת זריקות מאיץ, ובכך להגביל את אחוז האוכלוסייה עם חיסון מלא. לפיכך, יש צורך בפיתוח אסטרטגיות חדשניות לאספקת חיסון מבוקר כדי לעקוף אתגרים אלה.
המאמצים הנוכחיים לפיתוח טכנולוגיות לאספקת חיסונים כוללים מערכות פולימריות מבוססות אמולסיה3,4. עם זאת, המטען חשוף לעתים קרובות לכמות גדולה יותר של ממס אורגני שעלול לגרום באופן פוטנציאלי צבירה ופירוק, במיוחד בהקשר שלמטען מבוסס חלבון 5,6. פיתחנו פלטפורמת אספקת חיסונים חדשנית, “polybubbles”, שיכולה לאסוף מספר תאים מטען תוך מזעור נפח המטען החשוףלממס 7. לדוגמה, בפלטפורמת מעטפת הליבה שלנו polybubble, כיס מטען אחד של קוטר 0.38 מ”מ (SEM) מוזרק במרכז polybubble 1 מ”מ. במקרה זה, שטח פני השטח של מטען חשוף ממס אורגני יהיה כ 0.453 מ”מ2. לאחר ששקל את צפיפות האריזה של ספירות (מיקרוחלקיקים) בתוך כדור (מחסן מטען), הנפח בפועל של מיקרוחלקיקים (10 μm קוטר) שיכול להתאים במחסן הוא 0.17מ”מ 3. הנפח של מיקרוחלקיקים אחד הוא 5.24×10-8 מ”מ 3 ולכן מספר החלקיקים מיקרוחלקיקים שיכולים להתאים למחסן הוא ~ 3.2×106 חלקיקים. אם לכל מיקרו-חלקיק יש 20 כיסי מטען (כתוצאה מתמוה כפול) בקוטר 0.25 μm, אז שטח פני השטח של המטען שנחשף לממס אורגני הוא 1274 מ”מ2. מחסן מטען בתוך polybubble ובכך יהיה ~ 2800 פי שטח פני השטח פחות חשוף ממס אורגני בהשוואה לזה של מטען אורגני חשוף ממס בחלקיקים זעירים. הפלטפורמה המבוססת על פוליאסטר שלנו יכולה להפחית את כמות המטען החשוף לממס אורגני, שאחרת עלול לגרום לצובר מטענים וחוסר יציבות.
Polybubbles נוצרים על בסיס עקרון הפרדת פאזה שבו הפוליאסטר בשלב אורגני מוזרק לתוך פתרון מים וכתוצאה מכך בועה כדורית. מטען בשלב המים לאחר מכן ניתן להזריק במרכז polybubble. תא מטען נוסף יכול להיות מושגת פוטנציאלית בתוך polybubble על ידי ערבוב מטען שונה עם מעטפת הפולימר. הפוליבבל בשלב זה יהיה ניתן לגבש ולאחר מכן ירפא כדי לגרום למבנה polybubble מוצק עם מטען באמצע. פוליבבלים כדוריים נבחרו על פני צורות גיאומטריות אחרות כדי להגדיל את קיבולת המטען בתוך polybubble תוך מזעור הגודל הכולל של polybubble. פוליקבבלים עם מטען במרכז נבחרו להפגין שחרור פרץ מושהה. Polybubbles שולבו גם עם אינפרא אדום ליד (NIR)- רגיש (כלומר, theranostic-זמין) סוכן, כלומר nanorods זהב (AuNR), כדי לגרום לעלייה בטמפרטורה של polybubbles. אפקט זה עשוי להקל על השפלה מהירה יותר, והוא יכול לשמש לשליטה בקינטיות ביישומים עתידיים. בנייר זה, אנו מתארים את הגישה שלנו לצורה ולאפיין polybubbles, כדי להשיג שחרור פרץ מושהה מן polybubbles, ולשלב AuNR בתוך polybubbles כדי לגרום ניר-הפעלה.
Protocol
Representative Results
Discussion
טכנולוגיות ואתגרים נוכחיים
חלקיקים מיקרו וחלקיקים מבוססי אמולסיה שימשו בדרך כלל כנשאים משלוח סמים. למרות שחרור קינטיקה של המטען ממכשירים אלה נחקרו בהרחבה, שליטה פרץ שחרור קינטיקה כבר אתגר גדול11. רב-תכליתיות ופונקציונליות המטען מוגבלות גם במערכות מבוססות אמולסיה …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות ד”ר בריאן א. טומלין המזוהה עם מעבדת ניתוח יסודי בתוך המחלקה לכימיה ב TAMU שסייע עם ניתוח ההפעלה ניוטרונים (NAA).
Materials
| 1-Step Ultra Tetramethylbezidine (TMB)-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Substrate Solution | Thermo scientific | 34028 | |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | TCI AMERICA | H0991 | |
| 450 nm Stop Solution for TMB Substrate | Abcam | ab17152 | |
| Acryloyl chloride | Sigma Aldrich | A24109-100G | |
| Acriflavine | Chem-Impex International | 22916 | |
| Anhydrous ethyl ether | Fisher Chemical | E138-500 | |
| Anti-HIV1 gp120 antibody conjugated to horseradish peroxidase (HRP) | |||
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher BioReagents | BP9700100 | |
| BSA-CF488 dye conjugates | Invitrogen | A13100 | |
| Bromosalicylic acid | Acros Organics | AC162142500 | |
| Carboxymethylcellulose (CMC) | Millipore Sigma | 80502-040 | |
| Centrimonium bromide (CTAB) | MP Biomedicals | ICN19400480 | |
| Chloroform | Fisher Chemical | C2984 | |
| Coating buffer | Abcam | ab210899 | |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma Aldrich | 270997-1L | |
| Diethyl ether | Fisher Chemical | E1384 | |
| Dodeacyl Amine | Acros Organics | AC117665000 | |
| Doxorubicin hydrochloride | Fisher BioReagents | BP251610 | |
| L-ascorbic acid | Acros Organics | A61 100 | |
| Legato 100 Syringe Pump | KD Scientific | 14 831 212 | |
| mPEG thiol | Laysan Bio | NC0702454 | |
| Nonfat dry milk | Andwin Scientific | NC9022655 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Phosphate saline buffer | Fisher BioReagents | BP3991 | |
| (Poly(caprolactone) | Sigma Aldrich | 440744-250G | |
| (Poly(caprolactone) triol | Acros Organics | AC190730250 | |
| Poly (lactic-co-glycolic acid) diacrylate | CMTec | 280050 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Recombinant HIV1 gp120 + gp41 protein | Abcam | ab49054 | |
| Silver nitrate | Acros Organics | S181 25 | |
| Sodium borohydride | Fisher Chemical | S678 10 | |
| Tetrachloroauric acid | Fisher Chemical | G54 1 | |
| Trehalose | Acros Organics | NC9022655 | |
| Triethyl amine | Acros Organics | AC157910010 |
Referências
- . Global Immunization: Worldwide Disease Incidence Available from: https://www.chop.edu/centers-programs/vaccine-education-center/global-immunization/diseases-and-vaccines-world-view (2018)
- Paul, A., Bera, M., Gupta, P., Singh, N. D. P. o-Hydroxycinnamate for sequential photouncaging of two different functional groups and its application in releasing cosmeceuticals. Organic and Biomolecular Chemistry. 17 (33), 7689-7693 (2019).
- Kumari, A., Yadav, S. K., Yadav, S. C. Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 75 (1), 1-18 (2010).
- Dai, C., Wang, B., Zhao, H. Microencapsulation peptide and protein drugs delivery system. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 41 (2-3), 117-120 (2005).
- Souery, W. N., et al. Controlling and quantifying the stability of amino acid-based cargo within polymeric delivery systems. Journal of Control Release. 300, 102-113 (2019).
- Wang, W. Advanced protein formulations. Protein Science. 24 (7), 1031-1039 (2015).
- Lee, J., et al. An ultraviolet-curable, core-shell vaccine formed via phase separation. Journal of Biomedical Materials Research Part A. , (2019).
- Kittler, S., Hickey, S. G., Wolff, T., Eychmüller, A. Easy and Fast Phase Transfer of CTAB Stabilised Gold Nanoparticles from Water to Organic Phase. Zeitschrift für Physikalische Chemie. 229, 235 (2015).
- Soliman, M. G., Pelaz, B., Parak, W. J., del Pino, P. Phase Transfer and Polymer Coating Methods toward Improving the Stability of Metallic Nanoparticles for Biological Applications. Chemistry of Materials. 27 (3), 990-997 (2015).
- Arun Kumar, S., Good, J., Hendrix, D., Yoo, E., Kim, D., Deo, K. A., Jhan, Y. Y., Gaharwar, A. K., Bishop, C. J. Nanoengineered Light-Activatable Polybubbles for On?Demand Therapeutic Delivery. Adv. Funct. Mater. , 2003579 (2020).
- Wuthrich, P., Ng, S. Y., Fritzinger, B. K., Roskos, K. V., Heller, J. Pulsatile and delayed release of lysozyme from ointment-like poly(ortho esters). Journal of Controlled Release. 21 (1), 191-200 (1992).
- Wang, W. Instability, stabilization, and formulation of liquid protein pharmaceuticals. International Journal of Pharmaceutics. 185 (2), 129-188 (1999).
- Wong, D. Y., Hollister, S. J., Krebsbach, P. H., Nosrat, C. Poly(epsilon-caprolactone) and poly (L-lactic-co-glycolic acid) degradable polymer sponges attenuate astrocyte response and lesion growth in acute traumatic brain injury. Tissue Engineering. 13 (10), 2515-2523 (2007).
- Davoodi, P., et al. Drug delivery systems for programmed and on-demand release. Advanced Drug Delivery Reviews. 132, 104-138 (2018).
- Huang, Y. C., Lei, K. F., Liaw, J. W., Tsai, S. W. The influence of laser intensity activated plasmonic gold nanoparticle-generated photothermal effects on cellular morphology and viability: a real-time, long-term tracking and monitoring system. Photochemical and Photobiological Sciences. 18 (6), 1419-1429 (2019).
- Link, S., Burda, C., Nikoobakht, B., El-Sayed, M. A. Laser-Induced Shape Changes of Colloidal Gold Nanorods Using Femtosecond and Nanosecond Laser Pulses. The Journal of Physical Chemistry B. 104 (26), 6152-6163 (2000).
- . Chlorine Available from: https://www.epa.gov/sites/production/files/2016-09/documents/chlorine.pdf (2000)
