Summary

Sintesi di Nanoparticelle d'oro modificate Aptamer-PEI-g-PEG Caricate con doxorubicina per la consegna mirata di farmaci

Published: June 23, 2020
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Summary

In questo protocollo, le nanoparticelle d’oro modificate AS1411-g-PEI-g-PEG caricate con doxorubicina vengono sintetizzati tramite reazioni di ammide in tre step. Quindi, la doxorubicina viene caricata e consegnata alle cellule tumorali bersaglio per la terapia del cancro.

Abstract

A causa della resistenza ai farmaci e della tossicità nelle cellule sane, l’uso di doxorubicina (DOX) è stato limitato nella terapia clinica del cancro. Questo protocollo descrive la progettazione di poli(etilenimina) innestate con polietilene glicole (PEI-g-PEG) copolimero funzionalizzato nanoparticelle d’oro (AuNPs) con aptamero caricato (AS1411) e DOX attraverso reazioni ammide. AS1411 è specificamente legato con recettori mirati della nucleolina sulle cellule tumorali in modo che il DOX si ritrae contro le cellule tumorali anziché le cellule sane. In primo luogo, PEG viene carbossilato, quindi innestato in PEI ramificata per ottenere un copolimero PEI-g-PEG, che è confermato dall’analisi NMR 1H. Successivamente, vengono sintetizzati nanoparticelle d’oro rivestite di copolimero PEI-g-PEG@AuNPs) e DOX e AS1411 sono covalentemente legati agli AuNP gradualmente attraverso reazioni ammide. Il diametro dell’AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs preparato è di ~39,9 nm, con un potenziale zeta di -29,3 mV, indicando che le nanoparticelle sono stabili in acqua e mezzo cellulare. I test di citotossicità cellulare mostrano che gli AuNP caricati da DOX di nuova progettatezza sono in grado di uccidere le cellule tumorali (A549). Questa sintesi dimostra la delicata disposizione di copolimeri, aptameri e DOX PEI-g-PEG sugli AuRP che si ottengono con reazioni sequenziali di ammide. Tali ADUL funzionalizzati aptamer-PEI-g-PEG forniscono una piattaforma promettente per la somministrazione mirata di farmaci in terapia oncologica.

Introduction

Essendo il principale problema di salute pubblica in tutto il mondo, il cancro è ampiamente caratterizzato come avente un basso tasso di cura, un alto tasso di recidiva e un alto tassodi mortalità 1,2. Gli attuali metodi anti-cancro convenzionali includono chirurgia, chemioterapia e radioterapia3, tra cui la chemioterapia è il trattamento primario per i pazienti oncologici nella clinica4. I farmaci antitumorali usati clinicamente includono principalmente paclitaxel (PTX)5 e doxorubicina (DOX)6,7. Dox, un farmaco antineoplastico, è stato ampiamente applicato nella chemioterapia clinica, a causa dei vantaggi della citotossicità del cancro e dell’inibizione della proliferazione delle celluletumorali 8,9. Tuttavia, DOX causa cardiotossicità 10,11e la breve emiprotezione di DOX ne limita l’applicazione nella clinica12. Pertanto, i portatori di farmaci degradabili sono necessari per caricare DOX e rilasciare in modo sottoequente in modo controllato in un’area mirata.

Le nanoparticelle sono state ampiamente utilizzate in sistemi mirati di somministrazione di farmaci e hanno diversi vantaggi nel trattamento del cancro (ad esempio, rapporto superficie/volume bilmente ridotto, piccole dimensioni, capacità di incapsulare vari farmaci e chimica delle superfici tonnibili, ecc.) 13,14,15. In particolare, le nanoparticelle d’oro (AuNPs) sono state ampiamente utilizzate in applicazioni biologiche e biomediche, come la terapia del cancro fototermico16,17. Le proprietà uniche degli AuNP, come la facile sintesi e la funzionalizzazione generale della superficie, hanno ottime prospettive nel campo clinico della terapia del cancro18. Inoltre, gli AuNP sono stati utilizzati per identificare le strategie di somministrazione dei farmaci, diagnosticare i tumori e superare la resistenza inmolti studi 19,20.

Nonostante ciò, gli AuRP devono essere ulteriormente personalizzati per superare la resistenza ai farmaci attraverso un elevato rilascio locale di lesioni tumorali attraverso una maggiore permeazione e ritenzione (EPR), come le proprietà di targeting e accessibilità. Gli AuRP funzionalizzati polimerici hanno mostrato vantaggi unici, come una migliore solubilità in acqua dei farmaci anticancro idrofobici e un tempo di circolazioneprolungato 21,22. Vari polimeri biocompatibili sono stati utilizzati per rivestimenti AuNP, come polietilene glicole (PEG), polietileneimina (PEI), acido ialuronico, eparina e gomma di xantano. Quindi la stabilità, così come il carico utile, degli AuNP è migliorata ben23. In particolare, pei è un polimero altamente ramificato composto da molte unità ripetute di ammine primarie, secondarie e terziarie24. PEI ha un’eccellente solubilità, bassa viscosità e un alto grado di funzionalità, adatto per il rivestimento su AuNPs.

D’altra parte, i farmaci anti-cancro devono essere consegnati alle cellule tumorali direttamente con una migliore efficienza di carico e con una minore tossicità per il trattamento dei tumori metastatici primari eavanzati 25. I ligandi mirati hanno un grande potenziale per i sistemi di somministrazione mirati ai farmaci anti-cancro26. La sua selettività per il legame con molecole bersaglio conferisce un farmaco anti-cancro mirato alla specificità e aumenta l’arricchimento dei farmaci nei tessutimalati 27. Altri ligandi includono anticorpi, polipeptidi e piccole molecole. Rispetto ad altri ligandi, gli aptameri di acido nucleico possono essere sintetizzati in vitro e sono facili da modificare. AS1411 è un oligonucleotide fosfodiestere da 26 bp non modificato che forma una struttura G-tetramero dimerica stabile per legarsi specificamente a un recettore delle proteine nucleari bersaglio sovraespressosulle cellule tumorali 28,29,30. AS1411 inibisce la proliferazione di molte cellule tumorali ma non influisce sulla crescita delle cellulesane 31,32. Di conseguenza, AS1411 è stato utilizzato per fabbricare un sistema di somministrazione di farmaci mirato ideale.

In questo studio, un copolimero PEI-g-PEG viene sintetizzato attraverso una reazione ammide, quindi vengono fabbricate nanoparticelle d’oro rivestite di copolimero PEI-g-PEG (PEI-g-PEG@AuNPs). Inoltre, DOX e AS1411 sono collegati in sequenza al pei-g-PEG@AuNPs preparato, come illustrato nella figura 1. Questo protocollo dettagliato ha lo scopo di aiutare i ricercatori a evitare molte delle insidie comuni associate alla fabbricazione di nuovi PEI-g-PEG@AuNPs caricati con DOX e AS1411.

Protocol

ATTENZIONE: Assicurarsi di consultare tutte le schede di dati di sicurezza dei materiali pertinenti (MSDS) prima di utilizzare tutte le sostanze chimiche. Molte delle sostanze chimiche utilizzate per preparare copolimeri e nanoparticelle sono acutamente tossiche. Anche le nanoparticelle hanno potenziali pericoli. Assicurati di utilizzare tutte le pratiche di sicurezza appropriate e i dispositivi di protezione individuale, tra cui guanti, camice da laboratorio, cappucci, pantaloni a figura intera e scarpe a punta stretta….

Representative Results

1 ) La commissione per la La spettroscopia H NMR è stata utilizzata per confermare la sintesi riuscita del polimero CT-PEG e dei copolimeri PEI-g-PEG (Figura 2). La figura 2a mostra che il segnale protonico di metilene a δ = 3,61 ppm e il segnale protonico carbossile a δ = 2,57 ppm confermano la sintesi riuscita dei polimeri CT-PEG. La figura 2b mostra che il segnale protonico di metilene di PEG a…

Discussion

Lo spettro 1H NMR (Figura 2) conferma la sintesi riuscita del copolimero CT-PEG e del copolimero PEI-g-PEG. I pesi molecolari di PEG e PEI erano rispettivamente 1.000 e 1.200. Inoltre, il sistema catalitico EDC/NHS è stato utilizzato per sintetizzare il copolimero PEI-g-PEG attraverso reazioni di ammide. Va notato che se i pesi molecolari di PEG e PEI sono cambiati per sintetizzare il copolimero PEI-g-PEG, allora il tempo di reazione e il sistema catalitico devono essere rivaluta…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Questa ricerca è stata finanziata dalla National Natural Science Foundation of China (31700840); il Progetto chiave di ricerca scientifica della provincia di Henan (18B430013, 18A150049). Questa ricerca è stata supportata dal Nanhu Scholars Program for Young Scholars of XYNU. Gli autori vorrebbero ringraziare lo studente di laurea Zebo Qu del College of Life Sciences di XYNU per le sue utili opere. Gli autori vorrebbero riconoscere il Centro analisi & test di XYNU per l’uso delle loro apparecchiature.

Materials

4-Dimethylaminopyridine Macklin D807273
A549 cell ATCC CCL-185TM
AS1411 BBI Life Sciences Corporation 5'-d (TTTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG) FL-AS1411 (fluorophore-labeled AS1411)
Anhydrous Tetrahydrofuran (THF) SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd
Cell counting kit-8 (CCK-8) Sigma Aldrich 96992-500TESTS-F
Dichloromethane Traditional Chinese medicine 80047318
Diethyl ether (Et2O) SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd
Dimethyl sulfoxide Macklin D806645
Dulbecco's modified Eagle's medium (DMEM) Sigma Aldrich
Doxorubicin hydrochloride Rhawn R017518
Ether absolute Traditional Chinese medicine 80059618
Field Emission Transmission Electron Microscope FEI Company Tecnai G2 F 20
Gold(III) chloride trihydrate Rhawn R016035
Laser Particle-size Instrument Malvern Instruments Ltd ZetasizerNanoZS/Masterszer3000E
Microplate Reader Molecular Devices SpectraMax 190
N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride Macklin N808856
N-Hydroxysuccinimide Macklin H6231
NMR software Delta 5.2.1
Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer JEOL JNM-ECZ600R/S3
Origin 8.5 OriginLab
Penicillin Sigma Aldrich V900929-100ML
Phosphate-buffered saline Sigma Aldrich P4417-100TAB
Poly(ethylene glycol) Sigma Aldrich 81188 BioUltra, average Mn ~ 1000
Poly (ethyleneimine) solution Sigma Aldrich 482595 average Mn ~ 1200, 50 wt.% in H2O
Sodium borohydride, powder Acros C18930
Streptomycin Sigma Aldrich 85886-10ML
Succinic anhydride Traditional Chinese medicine 30171826
Tetrahydrofuran Traditional Chinese medicine 40058161
Triethylamine Traditional Chinese medicine 80134318
UV/VIS/NIR Spectrometer Lambda950 Lambda950
X-ray Photoelectron Spectrometer Thermo Fisher Scientific K-ALPHA 0.5EV

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Nie, L., Sun, S., Sun, M., Zhou, Q., Zhang, Z., Zheng, L., Wang, L. Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery. J. Vis. Exp. (160), e61139, doi:10.3791/61139 (2020).

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