Preparazione e caratterizzazione di SDF-1α-Chitosan-Destrano solfato nanoparticelle
Summary
The objective of this protocol is to incorporate SDF-1α, a stem cell homing factor, into dextran sulfate-chitosan nanoparticles. The resultant particles are measured for their size and zeta potential, as well as the content, activity, and in vitro release rate of SDF-1α from the nanoparticles.
Abstract
Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under appropriate conditions. The glycan nanoparticles are useful carriers for protein factors, which facilitate the in vivo delivery of the proteins and sustain their retention in the targeted tissue. The glycan polyelectrolyte complexes are also ideal for protein delivery, as the incorporation is carried out in aqueous solution, which reduces the likelihood of inactivation of the proteins. Proteins with a heparin-binding site adhere to dextran sulfate readily, and are, in turn, stabilized by the binding. These particles are also less inflammatory and toxic when delivered in vivo. In the protocol described below, SDF-1α (Stromal cell-derived factor-1α), a stem cell homing factor, is first mixed and incubated with dextran sulfate. Chitosan is added to the mixture to form polyelectrolyte complexes, followed by zinc sulfate to stabilize the complexes with zinc bridges. The resultant SDF-1α-DS-CS particles are measured for size (diameter) and surface charge (zeta potential). The amount of the incorporated SDF-1α is determined, followed by measurements of its in vitro release rate and its chemotactic activity in a particle-bound form.
Introduction
Solfato Dextran (DS) e chitosano (CS) sono polisaccaridi con più sostituiti gruppi solfato carica negativa (a DS), o gruppi di ammine cariche positivamente (deacetilata CS). Quando miscelato in una soluzione acquosa, i due polisaccaridi formano complessi polielettroliti attraverso interazioni elettrostatiche. I complessi risultanti possono formare grandi aggregati che verrà a fasi separate dalla soluzione acquosa (precipitati), o piccole particelle che sono disperdibili in acqua (colloidi). Le condizioni specifiche che contribuiscono a questi risultati sono stati ampiamente studiati e sono stati riassunti ed illustrato in dettaglio in una recente revisione 1. Tra queste condizioni, due requisiti fondamentali per la produzione di particelle idrodispersibili sono i polimeri di carica opposta devono 1), una massa molare significativamente diverse; e 2) essere miscelato in un rapporto non stechiometrica. Queste condizioni permetteranno ai complessati segmenti polimerici carica neutrale generate dalla caricaneutralizzazione di segregare e formare il nucleo della particella, e il polimero in eccesso per formare il guscio esterno 1. Le particelle glycan descritti in questo protocollo sono destinati per la consegna polmonare, e sono progettati per essere al netto carica negativa, e di dimensioni nanometriche. La carica superficiale negativa riduce la probabilità di assorbimento cellulare delle particelle 2,3. Particelle di dimensioni nanometriche facilitano il passaggio attraverso le vie aeree distali. Per raggiungere questo obiettivo, la quantità di DS usato in questa preparazione è in eccesso di CS (rapporto in peso 3: 1); ed alto peso molecolare DS (medio ponderale Mw 500.000) e basso peso molecolare CS (MW 50-190 kDa, 75-85% deacetilato) sono utilizzati.
SDF-1α è un fattore di homing delle cellule staminali, che esercita la funzione di riferimento attraverso la sua attività chemiotattica. SDF-1α svolge un ruolo importante in homing e manutenzione di cellule staminali ematopoietiche del midollo osseo, e nel reclutamento di progecellule Nitor per tessuti periferici per la riparazione del pregiudizio 4,5. SDF-1α ha un sito-eparina vincolante nella sua sequenza della proteina, che permette la proteina di legarsi all'eparina / eparansolfato, formare dimeri, essere protetti da proteasi inattivazione (CD26 / DPPIV), e di interagire con le cellule bersaglio tramite i recettori della superficie cellulare 6-8. DS ha simili proprietà strutturali come eparina / eparansolfato; pertanto, il legame di SDF-1α DS sarebbe simile a quella dei ligandi polimerici naturali.
Nella seguente protocollo, si descrive la preparazione di nanoparticelle SDF-1α-DS-CS. Le procedure rappresentano una delle formulazioni precedentemente studiate 9. Il protocollo è originariamente adattato da un'indagine di nanoparticelle VEGF-DS-CS 10. Una piccola scala preparazione è descritta, che può essere facilmente scalata con le stesse soluzioni stock e condizioni di preparazione. Dopo la preparazione, le particelle sono caratterizzati by esaminando le loro dimensioni, potenziale zeta, estensione di incorporazione SDF-1α, tempo di rilascio in vitro, e l'attività del incorporata SDF-1α.
Protocol
Representative Results
Discussion
Come accennato in precedenza, le nanoparticelle DS-CS sono formati attraverso la neutralizzazione di carica tra polianione (DS) e policatione (CS) molecole. Poiché l'interazione di carica avviene facilmente durante la collisione molecolare, la concentrazione delle soluzioni polimeriche e la velocità di agitazione durante la miscelazione è critica per la dimensione delle particelle risultanti. Una tendenza generale è che più diluita DS e CS soluzioni 15 e superiori risultato velocità di agitazione in…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni NIH: HL671795, HL048743, e HL108630.
Materials
| Name | Company | Catalog number |
| Dextran sulfate | Fisher | BP1585-100 |
| Chitosan, low molecular weight | Sigma | 448869 |
| Zinc sulfate heptahydrate | Sigma | 204986 |
| D-Mannitol | Sigma | M9546 |
| UltraPure water | Invitrogen | 10977-023 |
| SDF-1α | Prepared according to reference 8. | |
| Syringe filter, PES membrane 0.22 um. | Millipore | SLGP033RS |
| Magnetic Micro Stirring Bars (2 x 7 mm) | Fisher | 14-513-63 |
| Glass vial Kit; SUN-SRi | Fisher | 14-823-182 |
| Delsa Nano C Particle Analyzer | Backman Coulter | |
| Eppendorf UVette Cuvets | Eppendorf | 952010069 |
| 4–20% Mini-PROTEAN TGX Gel | Bio-Rad | 456-1096 |
| GelCode Blue Safe Protein Stain | Fisher | PI-24592 |
| Molecular Imager VersaDoc MP 4000 System | BioRad | 170-8640 |
| Corning Transwell Permeable Supports | Corning | 3421 |
| Accuri C6 Flow Cytometer | BD Biosciences | |
| Dulbecco’s phosphate buffered saline | Sigma | D8537 |
| Pyrogent plus kit | Fisher | NC9753738 |
References
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