Produzione di una piattaforma di distribuzione di vaccini sensibile al vicino all'infrarosso e Core-Shell
Summary
In questo articolo vengono descritti i protocolli utilizzati per produrre una nuova piattaforma di distribuzione di vaccini, “polybubbles”, per consentire il rilascio ritardato di burst. Poliesters tra cui politolico-acido co-glicolico) e policaprolactone sono stati utilizzati per formare i polibubbles e piccole molecole e antigene sono stati utilizzati come carico.
Abstract
Le strategie di erogazione dei vaccini che possono limitare l’esposizione del carico al solvente organico, consentendo al contempo nuovi profili di rilascio, sono cruciali per migliorare la copertura delle vaccinazioni in tutto il mondo. Qui, viene introdotta una nuova piattaforma di rilascio di fumpoli iniettabile, curabile e ritardata, chiamata polibolle. Il carico è stato iniettato in polibolo a base di poliestere che si sono formati in una soluzione aques basata sul 10% di carboxymethycellulose. Questo documento include protocolli per mantenere la forma sferica dei polibololi e ottimizzare il posizionamento e la ritenzione del carico per massimizzare la quantità di carico all’interno dei polibololi. Per garantire la sicurezza, il contenuto di solventi clorurato all’interno dei polibolcchi è stato analizzato utilizzando l’analisi dell’attivazione dei neutroni. Studi di rilascio sono stati condotti con piccole molecole come carico all’interno del polibolo per confermare il rilascio di scoppio ritardato. Per mostrare ulteriormente il potenziale di consegna on-demand del carico, i nanorod d’oro sono stati mescolati all’interno del guscio polimero per consentire l’attivazione laser nel vicino infrarosso.
Introduction
La copertura immunitaria limitata comporta la morte di 3 milioni di persone specificamente causate da malattie prevenibili convaccino 1. Condizioni di stoccaggio e trasporto inadeguate portano allo stoccaggio dei vaccini funzionali e contribuiscono così a ridurre l’immunizzazione globale. Inoltre, la vaccinazione incompleta dovuta al non aderire ai programmi vaccinale richiesti provoca anche una copertura vaccinale limitata, in particolare nei paesi in via disviluppo 2. Sono necessarie visite multiple al personale medico entro il periodo raccomandato per ricevere colpi di richiamo, limitando così la percentuale di popolazione con vaccinazione completa. Pertanto, è necessario sviluppare nuove strategie per la fornitura controllata di vaccini per aggirare queste sfide.
Gli attuali sforzi per sviluppare tecnologie di consegna dei vaccini includono sistemi polimerici basati sull’emulsione3,4. Tuttavia, il carico è spesso esposto a una maggiore quantità di solvente organico che può potenzialmente causare aggregazione e denaturazione, in particolare nel contesto del carico a base diproteine 5,6. Abbiamo sviluppato una nuova piattaforma di consegna di vaccini, “polibolle”, che può potenzialmente ospitare più vano di carico riducendo al minimo il volume di carico che è esposto al solvente7. Ad esempio, nella nostra piattaforma di polibolletta core-shell, una tasca di carico di diametro 0,38 mm (SEM) viene iniettata al centro di un polibubble da 1 mm. In questo caso, la superficie del carico esposta al solvente organico sarebbe di circa 0,453 mm2. Dopo aver considerato la densità di imballaggio delle sfere (microparticelle) all’interno di una sfera (deposito di carico), il volume effettivo di microparticelle (10 m di diametro) che potrebbero essere contenute nel deposito è di 0,17 mm3. Il volume di una microparticella è 5,24×10-8 mm3 e quindi il numero di particelle microparticelle che possono adattarsi al deposito è di 3,2×10particelle. Se ogni microparticella ha 20 sacche di carico (a seguito di doppia emulsione) di diametro di 0,25 m, la superficie del carico esposta al solvente organico è di 1274 mm2. Il deposito di merci all’interno della polibolletta avrebbe quindi una superficie di 2800 volte inferiore esposta al solvente organico rispetto a quella del carico organico esposto a solventi in microparticelle. La nostra piattaforma a base di poliestere può quindi ridurre potenzialmente la quantità di carico esposta al solvente organico che altrimenti può causare l’aggregazione e l’instabilità del carico.
I polibololi si formano in base al principio di separazione di fase in cui il poliestere in fase organica viene iniettato in una soluzione aques con conseguente bolla sferica. Il carico nella fase aques può quindi essere iniettato al centro della polibolletta. Un altro vano di carico può potenzialmente essere raggiunto all’interno del polibubble mescolando un carico diverso con il guscio polimero. La polibolletta in questa fase sarà malleabile e sarà quindi curata per tradurvi in una struttura in polibolletta solida con carico nel mezzo. I polibololi sferici sono stati scelti su altre forme geometriche per aumentare la capacità di carico all’interno del polibolo, riducendo al minimo le dimensioni complessive del polibolo. Polibololi con carico al centro sono stati scelti per dimostrare il rilascio ritardato burst. I polibololi sono stati incorporati anche con un agente sensibile all’infrarosso (NIR), cioè il nanorod d’oro (AuNR), per causare un aumento della temperatura dei polibololi. Questo effetto potrebbe potenzialmente facilitare una degradazione più rapida e potrebbe essere utilizzato per controllare la cinetica nelle applicazioni future. In questo articolo, descriviamo il nostro approccio per formare e caratterizzare i polibolcchi, per ottenere il rilascio ritardato di scoppio dai polibolcchi e per incorporare AuNR all’interno dei polibolo per causare l’attivazione del NIR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tecnologie e sfide attuali
Micro- e nanoparticelle a base di emulsione sono stati comunemente utilizzati come portatori di consegna di farmaci. Anche se la cinetica del rilascio del carico da questi dispositivi è stata ampiamente studiata, il controllo della cinetica del rilascio a raffica è stata una grande sfida11. La versatilità e la funzionalità del carico sono limitate anche nei sistemi basati sull’emulsione a causa dell’esposizione del carico ai solventi aques e organ…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vorremmo ringraziare il Dr. Bryan E. Tomlin affiliato con il laboratorio di analisi elementale all’interno del dipartimento di chimica di TAMU che ha assistito con l’analisi di attivazione neutroni (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)
