Hög kapacitet Syntes av kolhydrater och Funktionalisering av polyanhydrid Nanopartiklar
Summary
I denna artikel är en hög genomströmning metod presenteras för syntes av oligosackarider och deras fastsättning på ytan av polyanhydrid nanopartiklar för vidare användning vid målsökning specifika receptorer på antigenpresenterande celler.
Abstract
Tvärvetenskapliga tillvägagångssätt som inbegriper områden som material design, nanoteknik, kemi och immunologi måste användas för att rationellt utforma effektiva vacciner bärare. Nanopartiklar-baserade plattformar kan förlänga ihållande vaccinantigen, vilket skulle kunna förbättra vaccinet immunogenicitet 1. Flera biologiskt nedbrytbara polymerer har studerats som fordon vaccin leverans 1, i synnerhet, har polyanhydrid partiklar visat förmåga att åstadkomma fördröjd frisättning av stabila protein antigener och för att aktivera antigenpresenterande celler och modulerar immunsvar 2-12.
Den molekylära utformningen av dessa vaccinbärare måste integrera en rationell selektion av polymeregenskaperna samt inkorporering av lämpliga målsökande medel. Hög kapacitet automatiserad tillverkning av inriktning ligander och funktionaliserade partiklar är ett kraftfullt verktyg som kommer att öka förmågan att studera ett brett rÅnge av fastigheter och kommer att leda till utformningen av reproducerbara enheter vaccin leverans.
Tillsatsen av målsökande ligander med förmåga att kännas igen av specifika receptorer på immunceller har visat sig modulera och skräddarsy immunsvar 10,11,13 C-typ lektin receptorer (CLRs) är mönsterigenkänningstekniker receptorer (PRRS) som igenkänner kolhydrater är närvarande på yta av patogener. Stimulering av immunceller via CLRs möjliggör ökad internalisering av antigen och efterföljande presentation för ytterligare T-cell aktivering 14,15. Därför kolhydratmolekyler spela en viktig roll i studien av immunsvar, men användningen av dessa biomolekyler ofta lider brist på tillgänglighet av strukturellt väldefinierad och rena kolhydrater. En automation plattform som bygger på iterativ lösning fas reaktioner kan möjliggöra en snabb och kontrollerad syntes av dessa syntetiskt utmanande molekyler med betydligt lägre BTT SKAPA blockera mängder än traditionella fastfasmetoder 16,17.
Häri rapporterar vi ett protokoll för den automatiserade lösningen fas syntes av oligosackarider såsom mannos-baserade målligander med fluorous fast fas extraktion för mellanliggande rening. Efter utveckling av automatiserade metoder för att göra kolhydrat-baserade målsökande medel, beskriver vi metoder för deras fastsättning på ytan av polyanhydriden nanopartiklar använda en automatiserad robot som inrättats drivs av LabVIEW som tidigare beskrivits 10. Yta funktionalisering med kolhydrater har visat effekt i att rikta CLRs 10,11 och öka genomströmningen av tillverkning metod för att gräva den komplexa samband med en multi-parametrisk systemet kommer att vara av stort värde (Figur 1a).
Protocol
Discussion
Effekten av kolhydrater som målsökande medel för att direkt nanopartiklar interaktioner för immunceller har tidigare visats 10, 11. Tidigare forskning i våra laboratorier har visat att specifika sockerarter fästa polyanhydrid nanopartiklar kan riktas mot olika CLRs på antigenpresenterande celler (APC), och därigenom öka aktiveringen av immunceller som kan vara viktig för ytterligare T-cellaktivering 10, 11. Men för att uppnå optimal inriktning flera parametrar, såsom polyanhydriden kem…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka den amerikanska armén medicinsk forskning och Materielverk (Grant # W81XWH-10-1-0806) och National Institutes of Health (Grant # U19 AI091031-01 och Grant # 1R01GM090280) för ekonomiskt stöd. BN erkänner Balloun professur i kemi-och bioteknik, och NLBP erkänner Wilkinson professur av tvärvetenskaplig Engineering. Vi tackar Julia Vela för hennes hjälp att utföra experimenten nanopartiklar funktionalisering.
Materials
| Name | Company | Catalog number |
| Motorized XYZ Stage: 3x T-LSM050A, 50 mm travel per axis | Zaber Technologies | T-XYZ-LSM050A-KT04 |
| NE-1000 Single Syringe Pump | New Era Pump Systems | NE-1000 |
| Pyrex* Vista* Rimless Reusable Glass Culture Tubes | Corning | 07-250-125 |
| ASW 1000 | Chemspeed Technologies | |
| LabVIEW | National Instruments | 776671-35 |
| SGE Gas Tight Syringes, Luer Loc | Sigma Aldrich | 509507 |
| XL-2000 Sonicator | Qsonica | Q55 |
| Mini-tube rotator | Fisher Scientific | 05-450-127 |
References
- Zepp, F. Principles of vacine design-lessons from nature. Vaccine. 28, C14-C24 (2010).
- Ulery, B. D., Phanse, Y., Sinha, A., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B., Bellaire, B. H. Polymer chemistry influences monocytic uptake of polyanhydride nanospheres. Pharm. Res. 26, 683-690 (2009).
- Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Lopac, S. K., Phanse, Y., Carrillo-Conde, B., Ramer-Tait, A. E. Polyanhydride microparticles enhance dendritic cell antigen presentation and activation. Acta Biomater. 7, 2857-2864 (2011).
- Torres, M. P., Determan, A. S., Anderson, G. L., Mallapragada, S. K., Narasimhan, B. Amphiphilic polyanhydrides for protein stabilization and release. Biomaterials. 28, 108-116 (2007).
- Petersen, L. K., Ramer-Tait, A. E., Broderick, S. R., Kong, C. S., Ulery, B. D., Rajan, K. Activation of innate immune responses in a pathogen-mimicking manner by amphiphilic polyanhydride nanoparticle adjuvants. Biomaterials. 32, 6815-6822 (2011).
- Petersen, L. K., Xue, L., Wannemuehler, M. J., Rajan, K., Narasimhan, B. The simultaneous effect of polymer chemistry and device geometry on the in vitro activation of murine dendritic cells. Biomaterials. 30, 5131-5142 (2009).
- Lopac, S. K., Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Effect of polymer chemistry and fabrication method on protein release and stability from polyanhydride microspheres. J. Biomed. Mater. Res. B. 91, 938-947 (2009).
- Determan, A. S., Wilson, J. H., Kipper, M. J., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Protein stability in the presence of polymer degradation products: Consequences for controlled release formulations. Biomaterials. 27, 3312-3320 (2006).
- Determan, A. S., Lin, V. S. Y., Nilsen-Hamilton, M., Narasimhan, B. Encapsulation, stabilization, and release of BSA-FITC from polyanhydride microspheres. J. Controlled Release. 100, 97-109 (2004).
- Chavez-Santoscoy, A., Roychoudhury, R., Ramer-Tait, A. E., Pohl, N. L. B., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Tailoring the immune response of alveolar macrophages by targeting different C-type lectin receptors using “pathogen-like” amphiphilic polyanhydride nanoparticles. Biomaterials. , (2011).
- Carrillo-Conde, B., Song, E. -. H., Chavez-Santoscoy, A., Phanse, Y., Ramer-Tait, A., Pohl, N. L. Mannose-functionalized “pathogen-like” polyanhydride nanoparticles target C-type lectin receptors on dendritic cells. Mol. Pharmaceutics. 8, 1877-1886 (2011).
- Carrillo-Conde, B., Schiltz, E., Torres, M. P., Yu, J., Phillips, G., Minion, C. Amphipilic polyanhydrides for stabilization of Yersinia pestis antigens. Acta. Biomater. 6, 3110-3119 (2010).
- Reddy, S. T., Swartz, M. A., Hubbell, J. A. Targeting dendritic cells with biomaterials: developing the next generation of vaccines. Trends Immunol. 27, 573-580 (2006).
- Higashi, N., Fujioka, K., Denda-Nagai, K., Hashimoto, S., Nagai, S., Sato, T. The macrophage C-type lectin specific for galactose/N-acetylgalactosamine is an endocytic receptor expressed on monocyte-derived immature dendritic cells. J. Biol. Chem. 277, 20686 (2002).
- Geijtenbeek, T. B. Signalling through C-type lectin receptors: shaping immune responses. Nat. Rev. Immunol. 9, 465-479 (2009).
- Seeberger, P. H. Automated oligosaccharide synthesis. Chem. Soc. Rev. 37, 19-28 (2008).
- Seeberger, P. H. Automated Carbohydrate Synthesis as Platform to Address Fundamental Aspects of Glycobiology-Current Status and Future Challenges. Carb. Res. 343, 1889-1896 (2008).
- Jaipuri, F. A., Pohl, N. L. Toward solution-phase automated iterative synthesis: fluorous-tag assisted solution-phase synthesis of linear and branched mannose oligomers. Org. Biomol. Chem. 6, 2686-2691 (2008).
- Petersen, L. K., Chavez-Santoscoy, A., Narasimhan, B. Combinatorial synthesis of and high-throughput protein release from polymer film and nanoparticle libraries. J. Vis. Exp. , (2011).
- Song, E. -. H., Osanya, A. O., Petersen, C. A., Pohl, N. L. B. Synthesis of multivalent tuberculosis and Leishmania-associated capping carbohydrates reveals structure-dependent responses allowing immune evasion. J. Am. Chem. Soc. 132, 11428-11430 (2010).
- Hakamori, S. Aberrant glycosylation in tumor and tumor associated carbohydrate antigens. Adv. Cancer Res. 59, 257-331 (1989).
- Atherton, T., Sheppard, R. C. . Solid-phase peptide synthesis: a practical approach. , (1999).
- Caruthers, M. H. Gene synthesis machines: DNA chemistry and the uses. Science. 230, 281-285 (1985).
- Plante, O. J., Palmacci, E. R., Seeberger, P. H. Automated solid- phase synthesis of oligosaccharides. Science. 291, 1523-1527 (2001).
- Ko, K. -. S., Park, G., Yu, Y., Pohl, N. L. Protecting group-based colorimetric monitoring of fluorous-phase and solid-phase synthesis of oligoglucosamines. Org. Lett. 10, 5381-5384 (2008).
- Pohl, N. L., Chen, X. H. R., Wang, G. P. Automated solution-phase oligosaccharide synthesis and carbohydrate microarrays: development of fluorous-based tools for glycomics. Chemical Glycobiology. , 272-287 (2008).
