Bereiding en karakterisering van de individuele en multi-geneesmiddel beladen Fysiek Ingesloten Polymeer Micellen
Summary
The goal of this protocol is to describe the preparation and characterization of physically entrapped, poorly water soluble drugs in micellar drug delivery systems composed of amphiphilic block copolymers.
Abstract
Amfifiele blok-copolymeren als polyethyleneglycol- blok -polylactic zuur (PEG-b- PLA) kunnen zichzelf assembleren in micellen boven hun kritische micellaire concentratie vormen hydrofobe kernen omringd door hydrofiele schelpen in waterige omgevingen. De kern van deze micellen kunnen worden gebruikt om hydrofobe, slecht wateroplosbare geneesmiddelen laden zoals docetaxel (DTX) en everolimus (EVR). Systematische karakterisering van de micellen structuur en geneesmiddelbelading mogelijkheden zijn belangrijk voor in vitro en in vivo studies worden uitgevoerd. Het doel van de hierin beschreven protocol is de nodige maatregelen karakterisering gestandaardiseerde micellaire producten inderdaad bereiken. DTX en EVR intrinsieke oplosbaarheid van 1,9 en 9,6 ug / ml bereiding van deze micellen kunnen worden bereikt door oplosmiddelgieten die de oplosbaarheid van DTX en EVR stijgt tot 1,86 en 1,85 mg / ml, respectievelijk. Stabiliteit drug in micellen evaluated bij kamertemperatuur gedurende 48 uur aan dat 97% of meer van de geneesmiddelen worden vastgehouden in oplossing. Micel grootte werd bepaald met dynamische lichtverstrooiing en bleek dat de omvang van deze micellen was dan 50 nm en afhankelijk van het molecuulgewicht van het polymeer. Geneesmiddelafgifte uit de micellen werd beoordeeld met behulp van dialyse onder de gootsteen omstandigheden bij een pH van 7,4 bij 37 ° C gedurende 48 uur. Curve fitting resultaten geven aan dat geneesmiddelafgifte wordt aangedreven door een eerste orde proces aangeeft dat het diffusie aangedreven.
Introduction
Amfifiele blokcopolymeren met herhalende structuur bestaande uit hydrofiele en hydrofobe domeinen spontaan zelfassemblage driedimensionale macromoleculaire samenstellingen zogenaamde polymere micellen te vormen. Deze structuren hebben een binnenste hydrofobe kern omgeven door een hydrofiele schil. De hydrofobe kern heeft de mogelijkheid om hydrofobe geneesmiddelen nemen door fysieke opsluiting tot hydrofobe interacties of door chemische conjugatie aan het polymeerskelet. 1 vele voordelen bestaan om het gebruik van deze blokcopolymeren te micellen voor geneesmiddelafgifte vormen. Deze omvatten incorporatie van slecht oplosbare geneesmiddelen te verbeteren farmacokinetiek van de gebruikte geneesmiddelen en de biologische verenigbaarheid en / of biologische afbreekbaarheid van de polymeren maakt ze veilig alternatief voor conventionele oplosbaarmakende. 2 Een ander voordeel van het gebruik van polymere micellen hun colloïdale deeltjesgrootte tussen 15- 150 nm 3, waardoor ze aantrekkelijk voor parenteral levering. Daarom is in de afgelopen 20 jaar polymere micellen voren zijn gekomen als levensvatbare drug delivery systemen voor het slecht in water oplosbare geneesmiddelen in het bijzonder voor de behandeling van kanker. 3,4
Momenteel zijn er vijf polymere micellaire formuleringen voor kankertherapie klinische proeven. 4 Vier van de micellen in de klinische studies PEG-gebaseerde diblokcopolymeren terwijl de laatste is een triblokcopolymeer met polyethyleenoxide. De omvang van deze micellen varieerde van 20 nm tot 85 nm. Het voordeel van PEG gebaseerde polymeren is hun biocompatibiliteit en afhankelijk van het tweede blok kan ook biologisch afbreekbaar zijn. Onlangs nieuwe geneesmiddelafgiftesystemen gebaseerd op polyethyleneglycol- blok -polylactic acid (PEG b -PLA) polymere micellen zijn ontwikkeld voor het gelijktijdig leveren van meerdere geneesmiddelen tegen kanker. De PEG-b- PLA micellen zijn zowel biocompatibel en biologisch afbreekbaar. Deze multi-geneesmiddel beladen micellen hebben getoond alsynergistic remming van verschillende kankers modellen in vitro en in vivo 2,5,6 en passen in het huidige paradigma van gebruik van meerdere geneesmiddelen bij chemotherapie resistentie of omlaagbrengen toxiciteit. Daarom is er veel belangstelling voor het bereiden en karakteriseren deze micellaire geneesmiddelafgiftesystemen voor gebruik bij kanker en andere ziekten.
In het werk dat we hieronder geschetste stap-voor-stap proces waarbij dergelijke micellen kunnen worden bereid en gekarakteriseerd voor evaluatie daarvan bij ziektetoestanden plaats. Voor de toepassing van dit werk twee slecht oplosbare anti-kankermiddelen, docetaxel (DTX) en everolimus (EVR) zijn gekozen. Zowel DTX en EVR zijn slecht in water oplosbare verbindingen met intrinsieke oplosbaarheid in water bij 1,9 en 9,6 ug / ml. 7,8 Twee PEG-b -PLA polymeren met verschillende molecuulgewichten werden gebruikt in dit protocol als de bouwstenen voor de geformuleerde polymere micellen,deze polymeren zijn PEG 2000 – b -PLA 1800 (3800 Da) en PEG 4000 – b -PLA 2200 (6200 Da). PEG-b -PLA micellen kan dus zorgen voor een uniek platform als Nanodrager voor DTX en EVR afzonderlijk en in combinatie. De vereiste reagentia / materialen en apparatuur die nodig is voor te bereiden en te karakteriseren deze micellen worden opgenomen in tabel 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
The use of polymeric micelles for drug delivery continues to expand due to their versatility and ability to deliver hydrophobic drugs for various disease states. Therefore, the techniques needed to prepare and characterize these formulations prior to use in cell culture or animals is a critical first step to determine the best pairing between the drug and the polymer. PEG-b-PLA are excellent amphiphilic block copolymers for drug delivery purposes. However, the block length of the hydrophilic and hydrophobic s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the grant from AACP New Pharmacy Faculty Research Award Program, Medical Research Foundation of Oregon New Investigator Grant, Oregon State University-Startup fund, and Pacific University, School of Pharmacy Start-up fund.
Materials
| PEG2000-b-PLA1800 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/2000 | PLA MW can be specified on ordering |
| PEG4000-b-PLA2200 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/4000 | PLA MW can be specified on ordering |
| Docetaxel | LC Laboratories | D-1000 | 100 mg |
| Everolimus | LC Laboratories | E-4040 | 100 mg |
| Acetonitrile | EMD/VWR | EM-AX0145-1 | HPLC grade; 4 L |
| Round bottom flask | Glassco/VWR | 89426-496 | 5 mL |
| RV 10 Control Rotary Evaporators | IKA Works | 8025001 | Rotoevaporator |
| Shimadzhu HPLC with DAD detector | Shimadzhu | RP-HPLC | |
| Slide-a-lyzer dialysis casette MWCO 7000 | Thermo Scientific, Inc | 66370 | 3 mL |
| Phosphate buffer pH 7.4 200 mM | VWR | 100190-870 | 500 mL |
| Malvern NanoZS | Malvern Instruments, UK | DLS | |
| Nylon filter | Acrodisc/VWR | 28143-242 | 13 mm; 0.2µM |
| Phosphoric acid, NF | Spectrum Chemical/VWR | 700000-626 | 100 mL |
| GraphPad Prism | www.graphpad.com | Analysis software | |
| Zorbax SB-C8 Rapid Resolution cartridge | Agilent Technologies | 866953-906 | 4.6 ×75mm, 3.5 micron |
References
- Yokoyama, M. Polymeric micelles as a new drug carrier system and their required considerations for clinical trials. Expert Opin Drug Deliv. 7, 145-158 (2010).
- Shin, H. C., Alani, A. W., Rao, D. A., Rockich, N. C., Kwon, G. S. Multi-drug loaded polymeric micelles for simultaneous delivery of poorly soluble anticancer drugs. J Control Release. 140, 294-300 (2009).
- Adams, M. L., Lavasanifar, A., Kwon, G. S. Amphiphilic block copolymers for drug delivery. J Pharm Sci. 92, 1343-1355 (2003).
- Oerlemans, C., et al. Polymeric micelles in anticancer therapy: targeting, imaging and triggered release. Pharm Res. 27, 2569-2589 (2010).
- Shin, H. C., et al. A 3-in-1 polymeric micelle nanocontainer for poorly water-soluble drugs. Mol Pharm. 8, 1257-1265 (2011).
- Hasenstein, J. R., et al. Antitumor activity of Triolimus: a novel multidrug-loaded micelle containing Paclitaxel Rapamycin, and 17-AAG. Mol Cancer Ther. 11, 2233-2242 (2012).
- Mazzaferro, S., et al. Bivalent sequential binding of docetaxel to methyl-beta-cyclodextrin. Int J Pharm. 416, 171-180 (2011).
- Iwase, Y., Maitani, Y. Preparation and in vivo evaluation of liposomal everolimus for lung carcinoma and thyroid carcinoma. Biol Pharm Bull. 35, 975-979 (2012).
- Mishra, G. P., Doddapaneni, B. S., Nguyen, D., Alani, A. W. Antiangiogenic effect of docetaxel and everolimus as individual and dual-drug-loaded micellar nanocarriers. Pharm Res. 31, 660-669 (2014).
- Xu, W., Ling, P., Zhang, T. Polymeric micelles, a promising drug delivery system to enhance bioavailability of poorly water-soluble drugs. J Drug Deliv. 2013, 340315 (2013).
- Lavasanifar, A., Samuel, J., Kwon, G. S. Poly(ethylene oxide)-block-poly(L-amino acid) micelles for drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 54, 169-190 (2002).
