सिल्क नैनोकणों के निर्माण और दवा वितरण अनुप्रयोगों
Summary
नैनोकणों संकेत की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए के रूप में होनहार दवा वितरण प्रणाली में उभर रहे हैं। यहाँ, हम एक सरल अभी तक शक्तिशाली विधि रिवर्स इंजीनियर बॉम्बिक्स मोरी रेशम का उपयोग रेशम नैनोकणों का निर्माण करने का वर्णन है। ये रेशम नैनोकणों आसानी से एक चिकित्सकीय पेलोड के साथ लोड किया जा सकता है और बाद में दवा वितरण के लिए आवेदन पत्र का पता लगाया।
Abstract
सिल्क अपने बकाया यांत्रिक गुणों, biocompatibility और biodegradability, के रूप में अच्छी तरह से रक्षा के लिए और बाद में इसकी पेलोड जारी करने के लिए एक ट्रिगर के जवाब में अपनी क्षमता के कारण जैव चिकित्सा और दवा अनुप्रयोगों के लिए एक होनहार biopolymer है। रेशम विभिन्न सामग्री प्रारूपों में तैयार किया जा सकता है, रेशम नैनोकणों के रूप में होनहार दवा वितरण प्रणाली में उभर रहे हैं। इसलिए, यह लेख एक पुनर्जीवित रेशम समाधान है कि स्थिर रेशम नैनोकणों उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता उपज के लिए रिवर्स इंजीनियरिंग रेशम कोकून के लिए प्रक्रियाओं को शामिल किया। ये नैनोकणों बाद में विशेषता है, दवा भरी हुई है और एक संभावित कैंसर विरोधी दवा वितरण प्रणाली के रूप में पता लगाया। संक्षेप में, रेशम कोकून रिवर्स पहली कोकून degumming द्वारा, इंजीनियर रेशम विघटन के द्वारा पीछा किया और एक जलीय रेशम समाधान उपज को साफ कर रहे हैं। अगले, पुनर्जीवित रेशम समाधान रेशम नैनोकणों उपज के लिए nanoprecipitation के अधीन है – एक सरल लेकिन शक्तिशाली विधिकि वर्दी नैनोकणों उत्पन्न करता है। रेशम नैनोकणों उनके आकार, जीटा संभावित, आकृति विज्ञान और जलीय मीडिया में स्थिरता, साथ ही उनके एक chemotherapeutic पेलोड फंसाने और मानव स्तन कैंसर की कोशिकाओं को मारने के लिए क्षमता के अनुसार विशेषता है। कुल मिलाकर, वर्णित कार्यप्रणाली वर्दी रेशम नैनोकणों है कि आसानी से आवेदनों की एक बहुत बड़ी संख्या का पता लगाया जा सकता है, एक संभावित nanomedicine के रूप में उनके उपयोग सहित पैदावार।
Introduction
उदाहरण के लिए, प्रोटीन, पेप्टाइड्स और छोटे आणविक वजन दवाओं के लिए – – कोशिकाओं और ऊतकों को लक्षित करने के नैनो आकार दवा वितरण प्रणाली अक्सर दवा रिहाई को नियंत्रित करने और चिकित्सीय पेलोड की एक विविध सेट वितरित करने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं। ये चिकित्सीय पेलोड अक्सर ऐसे liposomes, (dendrimers सहित) पानी में घुलनशील पॉलिमर, और सूक्ष्म और नैनोकणों 1 के रूप में विभिन्न macromolecular दवा वाहक, में शामिल कर रहे हैं। नैनोकणों (आम तौर पर 1 एनएम 1,000 एनएम का एक आकार रेंज में) व्यापक रूप से विशेष रूप से कैंसर विरोधी दवा वितरण के लिए 2, संभावित दवा वाहक के रूप में पता लगाया जा रहा है। (120 एनएम आकार एल्बुमिन आधारित नैनोकणों पैक्लिटैक्सेल के साथ भरी हुई) Abraxane की सफल शुरूआत नियमित नैदानिक अभ्यास 3 में क्षेत्र उत्प्रेरित किया है, तो यह है कि दवा वितरण के लिए कई और अधिक नैनोकणों अब क्लिनिकल परीक्षण 4 प्रवेश कर रहे हैं। ठोस ट्यूमर आम तौर पर गरीब लसीका जल निकासी दिखाने के लिए और टपका हुआ रक्त वाहिकाओं है जो कि n का मतलब200 एनएम के लिए ऊपर की anoparticles निष्क्रिय नसों में प्रशासन के बाद इन ट्यूमर को लक्षित किया जाएगा। यह निष्क्रिय लक्षित कर घटना बढ़ाया पारगम्यता और प्रतिधारण (EPR) प्रभाव कहा जाता है और पहली बार 1986 5 में बताया गया था। EPR प्रभाव एक 50 से 100 गुना एक दिया दवा खुराक जब ट्यूमर microenvironment के भीतर दवा सांद्रता में वृद्धि करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं दवा पेलोड नि: शुल्क दवा एक macromolecular दवा वाहक दृष्टिकोण के बजाय वाहक के बिना उपयोग कर दिया है। दवा भरी हुई कैंसर विरोधी दवा वितरण के लिए डिज़ाइन किया गया नैनोकणों ट्यूमर microenvironment पहुँचना है और अक्सर दवा के अपने वांछित उपचारात्मक प्रभाव 3 को प्राप्त करने के लिए, एक विशिष्ट intracellular डिब्बे दर्ज करना होगा आमतौर पर endocytic तेज से। intracellular दवा वितरण के लिए डिज़ाइन किया गया नैनोकणों सेल में एक प्रवेश द्वार के रूप में भी एक मार्ग दवा प्रतिरोध तंत्र पर काबू पाने के रूप में endocytosis शोषण। नैनोकणों से दवा रिहाई अक्सर विशेष ओ करने के लिए डिज़ाइन किया गया हैलाइसोसोम में ccur (यानी, lysosomotropic दवा वितरण) 6 जहां nanoparticle वाहक का पीएच जवाबदेही (लाइसोसोमल पीएच लगभग 4.5) दवा रिहाई या लाइसोसोमल एंजाइमों कि वाहक 7 से पेलोड आजाद कराने के लिए ट्रिगर के रूप में सेवा कर सकते हैं।
सामग्री के कई अलग अलग वर्गों के नैनोकणों (जैसे, धातु और कई कार्बनिक और अकार्बनिक सामग्री) उत्पन्न करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। हालांकि, biopolymers अपने निर्धारित biocompatibility, biodegradability और कम विषाक्तता की वजह से 8 के रूप में आकर्षक सामग्री उभर रहे हैं। कई biopolymers एल्बुमिन, alginate, chitosan और रेशम सहित पता लगाया जा रहा है। इनमें से रेशम दवा वितरण प्रणाली 9 में विकास के लिए एक आशाजनक दावेदार के रूप में उभरा है। विभिन्न प्रकार के रेशम मकड़ियों (जैसे, Nephila clavipes) और रेशम के कीड़ों (जैसे, बॉम्बिक्स मोरी) सहित arthropods के एक नंबर से उत्पादित कर रहे हैं। रेशमकीट रेशम कहीं अधिक exten प्रयोग किया जाता हैsively मकड़ी के रेशम से क्योंकि रेशम के कीड़ों को पूरी तरह से पालतू है और इसकी रेशम इस प्रकार एक प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रारंभिक सामग्री का प्रतिनिधित्व करता है। रेशमकीट रेशम एक खाद्य एवं औषधि प्रशासन (एफडीए) विशेष रूप से एक सिवनी सामग्री के रूप में मानव उपयोग के लिए सामग्री को मंजूरी दे दी है; यह मानव में एक मजबूत सुरक्षा रिकॉर्ड है और इन विवो 10 में नीचा करने के लिए जाना जाता है। रेशम की गिरावट प्रोफ़ाइल 12 महीने या उससे अधिक (उच्च क्रिस्टलीय रेशम) घंटे (कम क्रिस्टलीय रेशम) से लेकर ठीक-देखते हो सकता है। सिल्क गिरावट उत्पादों गैर विषैले होते हैं और शरीर में 10 metabolized हैं। रेशम संरचना, छोटे आणविक भार यौगिकों और macromolecular प्रोटीन दवाओं 11 बाध्य करने की क्षमता प्रदान करता है इसे नियंत्रित दवा रिहाई के लिए एक अच्छी सामग्री बना रही है। प्रोटीन दवाओं (जैसे, एंटीबॉडी) विकृतीकरण, एकत्रीकरण, प्रोटिओलिटिक दरार और निकासी प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा करने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं। हालांकि, रेशम अपनी nanocrystalline पुन की प्रतिरोधक क्षमता के कारण चिकित्सीय प्रोटीन स्थिरgions और nanoscale 11 में पानी की सामग्री से तैयार करने की इसकी क्षमता। इन अद्वितीय विशेषताओं के भौतिक सुरक्षा प्रदान करने और पेलोड गतिशीलता 11 को कम करने और आम तौर पर अन्य (जैव) पॉलिमर के साथ नहीं देखा जाता है। कई कैंसर विरोधी दवा वितरण प्रणाली, उदाहरण के रेशम आधारित हाइड्रोजेल 12, फिल्मों 13-15 और नैनोकणों 16,17 के लिए, अब (संदर्भ 18,19 में समीक्षा) इन सुविधाओं का फायदा उठाने के लिए विकसित किया गया है
इधर, रेशम नैनोकणों एक विस्तारित समय सीमा से अधिक उनके आकार और आरोप का निर्धारण करने की विशेषता थे। डॉक्सोरूबिसिन, एक चिकित्सकीय प्रासंगिक कैंसर विरोधी दवा, ट्रिपल नकारात्मक मानव स्तन कैंसर की दवा से भरी हुई रेशम नैनोकणों के साथ इलाज किया कोशिकाओं में नशीली दवाओं के लदान और cytotoxicity के अध्ययन के लिए एक मॉडल दवा के रूप में इस्तेमाल किया गया था।
Protocol
Representative Results
Discussion
विभिन्न तरीकों polyvinyl शराब 20 सम्मिश्रण सहित रेशम नैनोकणों, उत्पादन करने के लिए उपलब्ध हैं, 21 सुखाने के 22 बाहर नमकीन, केशिका microdot मुद्रण 23 स्प्रे, सुपरक्रिटिकल सीओ 2 वर्षा 24 और nanoprecipitation …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by a Marie Curie FP7 Career Integration Grant 334134 within the seventh European Union Framework Program.
Materials
| Acetone | VWR International, Radnor, PA, USA | 20066.33 | |
| Automated Critical Point Dryer | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | EM CPD300 | |
| Balancing | Mettler Toledo, Greifensee, Switzerland | NewClassic MS | |
| Black polystyrene microplate , 96 well | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 3991 | |
| Capillary cell (DTS 1070) | Malvern Instrument, Worcestershire, UK | DTS107 | |
| Carbon adhesive disc | Agar Scientific, Essex, UK | G3347N | |
| Centrifuge | Hermle Labortechnik, Wehingen, Germany | Z323K | |
| Centrifuge | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | Avanti J-E, Rotor: J20 | |
| Centrifuge | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | Optima L-70K, Rotor: 50.2 Ti, Adaptor 303392 | |
| Coater, low vacuum | Leica Microsystems, Wetzlar, Germany | EM ACE200 | |
| Cuvettes, polystyrene, disposable | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | FB55147 | |
| Doxorubixin | LC Laboratories, Boston, MA, USA | D4000 | |
| Electronic pipetting, Easypet | Eppendorf, Hamburg, Germany | N/A | |
| FE-SEM | Hitachi High-Technologies, Krefeld, Germany | SU6600 | |
| Fetal Bovine Serum | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 16000-044 | |
| Freeze dryer | Martin Christ, Osterode, Germany | Epsilon 2-4 | |
| Heat inactivated Bombyx mori silk cocoons | Tajima Shoji, Kanagawa, Japan | N/A | |
| Hotplate with Stirrer | Bibby Scientific, Stanffordshire, UK | US 152 | |
| Incubator | Memmert, Schwabach, Germany | INB 200 | |
| Insulin, human recombinant, zinc solution | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 12585-014 | |
| Lithium bromide | Acros Organics, Geel, Belgium | AC199870025 | |
| MDA-MB-231 | ATCC, Manassas, VA, U.S.A | N/A | |
| Micropipette and tips | Eppendorf, Hamburg, Germany | N/A | |
| Microplate Reader | Molecular devices, Sunnyvale, CA, USA | SpectraMax M5 | |
| Oak Ridge High-Speed Centrifuge Tubes, 50 ml | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | N/A | |
| Open-Top Thickwall Polycarbonate tube, 4 ml | Beckman Coulter, Brea, CA, USA | 355645 | |
| Penicilin/streptomycin | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 15140-122 | |
| RPMI medium | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 11875-093 | |
| Serological pipettes, 5 ml | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | ||
| Silicon wafers | Agar Scientific, Essex, UK | G3391 | |
| Slide-A-Lyzer Dialysis cassettes, 3.5K MWCO, 15 ml | Thermo Scientific, Waltham, MA, USA | 87724 | |
| Sodium carbonate anhydrous | Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | S/2840/62 | |
| Specimen stubs for SEM | Agar Scientific, Essex, UK | G301 | |
| Ultrasonic homogenizer | Bandelin, Berlin, Germany | Sonoplus HD 2070 | |
| UV transparent microplate, 96 well | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 3635 | |
| Vortex | IKA, Staufen, Germany | Genius 3 | |
| Zetasizer | Malvern Instrument, Worcestershire, UK | Nano ZS | |
| Zetasizer Software version 7.11 | DLS software | ||
| Micro Modulyo | Thermo Fisher | 230 | Freeze drying system |
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