Sólido lípidos nanopartículas (GLC) Aplicaciones para intracelular de focalización

Summary

In this study, a method for synthesizing ultra-small populations of biocompatible nanoparticles was described, as well as several in vitro methods by which to assess their cellular interactions.

Abstract

Nanoparticle-based delivery vehicles have shown great promise for intracellular targeting applications, providing a mechanism to specifically alter cellular signaling and gene expression. In a previous investigation, the synthesis of ultra-small solid lipid nanoparticles (SLNs) for topical drug delivery and biomarker detection applications was demonstrated. SLNs are a well-studied example of a nanoparticle delivery system that has emerged as a promising drug delivery vehicle. In this study, SLNs were loaded with a fluorescent dye and used as a model to investigate particle-cell interactions. The phase inversion temperature (PIT) method was used for the synthesis of ultra-small populations of biocompatible nanoparticles. A 3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenylphenyltetrazolium bromide (MTT) assay was utilized in order to establish appropriate dosing levels prior to the nanoparticle-cell interaction studies. Furthermore, primary human dermal fibroblasts and mouse dendritic cells were exposed to dye-loaded SLN over time and the interactions with respect to toxicity and particle uptake were characterized using fluorescence microscopy and flow cytometry. This study demonstrated that ultra-small SLNs, as a nanoparticle delivery system, are suitable for intracellular targeting of different cell types.

Introduction

Vehículos de administración basados ​​en nanopartículas han mostrado una gran promesa para aplicaciones dirigidas intracelulares, proporcionando un mecanismo para alterar específicamente la señalización celular y la expresión génica. Estos vehículos pueden ser cargados con fármacos, proteínas y ácidos nucleicos diseñados para afectar las respuestas celulares y lograr un efecto deseado en los tejidos diana. Muchos tipos de nanovehículos se han explorado para el beneficio terapéutico y de diagnóstico incluyendo lípidos, polímeros, silicio y materiales magnéticos. Estos sistemas son atractivos debido a su potencial para la entrega localizada de fármacos, aumento de la concentración terapéutica en tejidos diana, y la reducción de la toxicidad sistémica.

Nanopartículas lipídicas sólidas (GLC) son un ejemplo bien estudiado de un sistema de liberación de nanopartículas que ha surgido como un vehículo de suministro de fármaco prometedor en los últimos años. SLNs se pueden formular fácilmente para múltiples aplicaciones, incluyendo la detección de ^bio-1, cosméticos ^2, y tentrega herapeutic ^3-7. Su utilidad se deriva del hecho de que se componen enteramente de, lípidos no tóxicos reabsorbibles, resulta en una mayor biocompatibilidad. Durante la síntesis, fármacos lipófilos se pueden incorporar en vehículos SLN, lo que aumenta la solubilidad del fármaco y la idoneidad para la administración parenteral. Vehículos SLN también ayudan a estabilizar la terapéutica encapsulados, reduciendo su degradación y la limpieza, y la maximización de la acción terapéutica. Estos vehículos son particularmente bien adaptado para acción prolongada, preparaciones de liberación controlada debido a su estabilidad en ^3,4,8,9 la temperatura corporal. Es importante destacar que la encapsulación de fármacos en nanopartículas lipídicas altera los perfiles farmacocinéticos intrínsecas de las moléculas de fármaco. Esto proporciona una ventaja potencial al permitir la liberación controlada de fármacos con un índice terapéutico estrecho. La velocidad de liberación de la terapéutica incorporado SLN-puede ser sintonizado basa en la tasa de degradación de lípidos o de la tasa de difusión del fármaco en elmatriz lipídica.

SLNs son a menudo diseñados para acumularse en tejidos diana específicos. Por ejemplo, su tamaño (típicamente mayor que 10 nm) potencia la retención en la circulación, donde la vasculatura tumoral con fugas de tejido facilita la deposición. Además, la vía de administración de partículas se ha demostrado que altera la biodistribución con el potencial para apuntar estructuras fisiológicas específicas, tales como los ganglios linfáticos ^10,11. Tras la deposición en los tejidos diana, el logro de las interacciones celulares apropiadas y eventual internalización de nanopartículas es un reto debido a la capacidad de las membranas celulares para controlar selectivamente el flujo de iones y moléculas dentro y fuera de la celda ^12. Para facilitar la absorción celular, es posible modificar nanovehículos con ligandos específicos que incluyen péptidos, moléculas pequeñas, y anticuerpos monoclonales ^13,14. Varios mecanismos que incluyen tanto la penetración pasiva y transporte activo de nanopartículasa través de la membrana celular se han descrito previamente ^3,12,15. En general, se ha demostrado que las interacciones célula-nanopartículas están influenciados por las propiedades fisicoquímicas de las nanopartículas incluyendo el tamaño, forma, carga superficial y la química de superficie, además de los parámetros específicos de células tales como el tipo celular o fase del ciclo celular ^12.

Una investigación anterior demostró la síntesis de sub-10 GLC nm de tópicos ^{16 y} biomarcadores aplicaciones de detección de ¹ utilizando el método de la temperatura de inversión de fases (PIT) ^17. Este es un método de síntesis suave donde la composición ² se mantiene constante mientras que la temperatura se cambia gradualmente. Agitación continua de la solución calentada, mientras se enfría a los resultados de RT en una nanoemulsión. Este proceso resulta en la síntesis de GLC con tamaño de partícula menor ¹ que se informó anteriormente utilizando diversos métodos para la síntesis de lípidos nanoparticles ^17-22. La escala de tamaño resultante, a menos de 20 nm, proporciona una ventaja para aplicaciones de focalización intracelulares debido a una mayor área de superficie y el potencial para las interacciones celulares mejoradas.

A esquemática de GLC, diseñado para ofrecer un colorante fluorescente o terapéutico, se muestra en la Figura 1. Los SLNs constan de un lípido interior (por ejemplo, alcano lineal) permitiendo la incorporación de compuestos lipófilos (por ejemplo, tintes o agentes terapéuticos) y un exterior tensioactivo (tensioactivo no iónico, por ejemplo, lineal) rodeada de agua. En este estudio, SLNs se cargaron con un colorante fluorescente y se usan como un modelo para investigar las interacciones célula-partícula. Fibroblastos dérmicos humanos primarios y células dendríticas de ratones fueron expuestos a teñir-cargadas SLN lo largo del tiempo con el fin de caracterizar las interacciones con respecto a la toxicidad y la captación de partículas. A 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-diphenylphenyltetrazolium (MTT) ensayo fue utilized el fin de establecer los niveles de dosificación apropiados. La microscopía de fluorescencia y citometría de flujo fueron dos métodos empleados para examinar la captación de partículas in vitro.

Figura 1. Esquema de GLC que muestra los componentes principales. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Protocol

1. Tramitación de GLC Síntesis de GLC Nota: Utilice el método PIT 1,17,20 para preparar los sub-20 GLC nm 1. Utilice una técnica aséptica, Bioreagents o reactivos de grado de cultivo de células, y los materiales estériles (es decir, pipetas, espátulas, viales, etc.). Utilice un gabinete de bioseguridad para la síntesis de GLC (Figura 2). Combinar 0,6 mg de tinte fluorescente (Rojo Nilo (NIR), la concentració…

Representative Results

El método PIT fue utilizado para sintetizar los GLC y la temperatura de inversión de fase se determinó utilizando un baño de agua. Las muestras se calienta lentamente y suavemente agitado hasta que la solución parecía clara. La temperatura de inversión de fase para los GLC hechas usando lípidos heneicosane es de 45 ° C. La Tabla 1 resume el tamaño de partícula, polidispersidad, punto de fusión y el calor latente de fusión de los GLC. Los SLNs sintetizados usando las condiciones de procesami…

Discussion

En este estudio, la síntesis de GLC y su aplicabilidad para aplicaciones dirigidas intracelulares fueron exploradas. Estas nanopartículas biocompatibles se han mostrado prometedores como vehículos de administración para múltiples aplicaciones, incluyendo la administración de fármacos, el silenciamiento de genes y tecnologías de vacunas ^25-30. Ultra-pequeños GLC se sintetizaron utilizando un proceso fácil, y sus interacciones con las células cutáneas primarias y células inmunes primarias fueron ex…

Materials

Nile Red (NiR)	Sigma	19123	BioReagent, suitable for fluorescence, ≥98.0%
Heneicosane	Aldrich	286052	98%
Brij O10	Sigma	P6136	Brij 97, C18-1E10, Polyoxyethylene (10) oleyl ether
Water	Sigma	W3500	Sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture
Syringe Filter 0.2 µm Supor Membrane Low Protein Binding	Life Sciences	PN4612	Non-Pyrogenic
Nanotrac Ultra	Microtrac	serial number U1985IS	Instrument
Differential Scanning Calorimeter	Mettlet-Toledo	—-	Instument
Primary human fibroblasts	Life Technologies	C-004-5C	Neonatal (HDFn)
Medium 106	Life Technologies	M-106-500	A sterile, liquid medium for the culture of human dermal fibroblasts.
Low Serum Growth Supplement Kit (LSGS Kit)	Life Technologies	S-003-K	All the components of complete LSGS
MTT Cell Proliferation Assay Kit	Trevigen	4890-025-K	Sensitive kit for the measurement of cell proliferation based upon the reduction of the tetrazolium salt, 3,[4,5-dimethylthiazol-2- yl]-2,5-diphenyl-tetrazolium bromide (MTT)
Safire2 microplate reader	Tecan	—-	Instrument
Phosphate buffered saline	Sigma	P5493	For molecular biology
Recombinant murine GM-CSF	R&D Systems	415	>97%, by SDS-PAGE under reducing conditions and visualized by silver stain.
Recombinant murine IL-4	R&D Systems	404	>97%, by SDS-PAGE under reducing conditions and visualized by silver stain.