גישה קלילה ויעילה לייצור ההפיך דיסולפיד צולב Micelles
Summary
To deliver cancer drugs to tumor sites with high specificity and reduced side effects, new methods based on nanoparticles are required. Here, we describe disulfide cross-linked micelles that can be easily prepared by hydrogen peroxide-mediated oxidation and are able to dissociate efficiently under a reducing tumor environment to release payloads.
Abstract
ננו-רפואה היא צורה מתעוררת של טיפול שמנצל את המאפיינים הייחודיים של חלקיקים שהם ננומטר בקנה מידה עבור יישומים ביו. שיפור אספקת סמים על מנת למקסם את התוצאות טיפולית כדי להפחית תופעות לוואי הקשורות לתרופה כמה מאבני היסוד של ננו-רפואה של ימינו. חלקיקים בפרט מצאו יישום רחב בטיפול בסרטן. חלקיקים המציעים רמה גבוהה של גמישות בעיצוב, יישום, וייצור מבוסס על המיקרו-סביבה של הגידול מוקרנים כיעיל יותר עם תרגום מהיר לתוך הפרקטיקה הקלינית. The-המוביל ננו micellar פולימריים היא בחירה פופולרית עבור יישומי משלוח סמים.
במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול פשוט ויעיל סינתזה טעונה-סמים, מיצלות צולבות דיסולפיד מבוססות על ההרכבה העצמית של קופולימר ליניארי-הדנדריטים amphiphilic מוגדר היטב (telodendrimer, TD). TD מורכב פוליאתילן GLycol (PEG) כפלח הידרופילי אשכול חומצת thiolated cholic כמו בשלבים מצורפים מחצית הידרופובי יוצרי ליבה ל PEG אמין הסתיים באמצעות כימיה פפטיד מבוסס פתרון. תרופות כימותרפיות, כגון פקליטקסל (PTX), ניתן לטעון בשיטת אידוי ממס סטנדרטית. O 2 החמצון בתיווך נוצל בעבר כדי ליצור תוך micellar דיסולפיד צולבים קישורים מקבוצות תיאול חינם על TDS. עם זאת, התגובה היתה איטית ולא ריאלי עבור ייצור בקנה מידה גדול. לאחרונה, שיטת חמצון H 2 O 2 בתיווך שנחקרה כגישה יותר ריאלית ויעילה, וזה היה 96 פעמים מהר יותר מאשר השיטה שדווחה בעבר. בגישה זו, 50 גרם של טעון PTX, חלקיקים צולבים דיסולפיד הופק בהצלחה עם התפלגות גודל חלקיקים צרה ויעילות טעינת תרופה גבוהה. יציבות פתרון micelle וכתוצאה מנותחת באמצעות תנאים לשבש כגון שיתוף דגירה wה- i סולפט dodecyl חומרי ניקוי, נתרן, עם או בלי סוכן צמצום. שטעונים-הסמים, מיצלות הצולבות דיסולפיד הפגינו פחות פעילות המוליטית בהשוואה לעמיתיהם הלא הצולבים שלהם.
Introduction
ננוטכנולוגיה הוא תחום מהיר המתעורר כי הרוויח במספר התחומים ביו 1. חלקיקים לספק הזדמנויות לעיצוב כוונון תכונות כי הם לא ריאליים עם סוגים אחרים של תרופות קונבנציונליות. ננו-נישא לשפר את היציבות של תרופות נגד לפירוק, להאריך את זמן מחזור סמים, להתגבר על בעיות מסיסות תרופה, והוא יכול להיות מכויל עבור שיגור תרופות ועבור 1,2 סוכני הדמית אספקת שיתוף. מערכות אספקה מבוססת ננו-חלקיקי הבטחה בתחום הדמיה וטיפול בסרטן. Vasculatures הסרטני הם דולפים אל מקרומולקולות יכול לגרום להצטברות מועדפת של מחזורי חלקיקים באתרי גידול באמצעות החדירות המשופרות ושימור (EPR) אפקט 3. בין ננו-נישא כמה (למשל, ליפוזומים, הידרוג, ו מיצלות פולימריות) כי הם נמשכים במרץ כנישאים לתרופות אנטי-סרטניות, מיצלות פולימריים צברו פופולריות רחבה מעל הדואר האחרון בעשור 4,5.
מיצלות פולימריים הן מערכת תרמודינמית כי, על עירוי לוריד, עלול להיות מדוללת מתחת ריכוז micelle הביקורתי (CMC), מה שמוביל דיסוציאציה שלהם לתוך unimers. אסטרטגיות Cross-linking כבר מועסק על מנת למזער דיסוציאציה micellar לתוך unimers. עם זאת, מיצלות התייצבה מדי עלולה למנוע התרופה מלשחרר באתרי היעד, ובכך להפחית את היעילות הטיפולית הכוללת. כמה גישות כימיות נחקרו על מנת להפוך את cross-linking מתכלה בתגובת חיזור או לגירויים חיצוניים, כגון אג"ח דיסולפיד לצמצום 6,7 ו- pH-cleavable 8 או אסתר hydrolysable אג"ח 9,10.
דיווחנו בעבר בעיצוב סינתזה של חלקיקים micellar המורכב חומצה כולית הדנדריטים (CA) בלוקים פוליאתילן גליקול ליניארי (PEG) קופולימרים, המכונה telodendrimers (TD) 11-15 </sup>. TDs אלה מיוצגים PEG נ"ק -CAy (כאשר n = משקל מולקולרי ב kilodaltons (K), Y = מספר חומצה כולית (CA) יחידות). הם מאופיינים בגודל הקטן שלהם, חיי מדף ארוכים, ויעילות גבוהה בסמי encapsulating כגון פקליטקסל (PTX) ודוקסורוביצין (DOX) בליבה הידרופובי. אבני הבניין של TD, כגון PEG, ליזין, ו- CA, הם ביולוגית, ואת הנוכחות של קורונה PEG יכול להקנות אופי הננו-חלקיק "התגנבות", מניעת ספיגת הלא ספציפית של חלקיקים micellar ידי מערכות reticuloendothelial.
ליניארי-הדנדריטים Thiolated פולימרים יכול להיווצר בקלות על ידי החדרת cysteines לתוך עמוד השדרה אוליגו-ליזין הדנדריטים של ניכוי מס במקור הרגילה שלנו. מאמר זה מציג פרוטוקול קליל לייצור מערכת אספקת סמים micellar צולבים הפיך על ידי החדרת צולבות קישורים דיסולפיד לתוך ליבת הידרופובי של TDS (איור 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
חלקיקים כמה נחקרו לשימוש הפוטנציאל שלהם משלוח סמים. דוקסורוביצין ו- paclitaxel liposomal (PTX) -loaded-אגרגטים ננו אלבומין בסרום האדם הם בין באלצ'ואה אושרה על ידי ה- FDA לטיפול בסרטן. עם זאת, למרות קליני יעיל, הן של באלצ'ואה אלה הן יחסית "גדולות" בגודל, והם נוטים להצטבר בכבד והר…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Ms.Alisha Knudson for the editorial help. They would also like to acknowledge the financial support from the NIH/NCI (3R01CA115483, to K.S.L.), the DoD PRMRP Award (W81XWH-13-1-0490, to K.S.L.), the NIH/NCI (1R01CA199668, to Y.L.), and the NIH/NICHD (1R01HD086195, to Y.L.).
Materials
| MeO-PEG5K-NH2 | Rapp Polymere | 125000-2 | |
| Fmoc-Lys(Fmoc)-OH | Aaptec | AFK107 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | Anaspec | AS-20132 | |
| Fmoc-Cys(Trt)-OH | Aapptec | AAC105 | |
| Dimethylformamide | Fisher Scientific | BP1160-4 | |
| Ethyl ether | Fisher Scientific | E134-20 | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Sigma Aldrich | D125806 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | T6508 | Corrosive, handle with care |
| 4-methyl piperidine | Alfa-Aesar | L-02709 | |
| Ebes linker | Anaspec | AS-61924 | |
| Cholic acid | Sigma Aldrich | C1129 | |
| 1,2-Ethanedithiol | Sigma Aldrich | 02390 | Handle inside fume hood. Bleach gloves after usage |
| Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | |
| Chloroform (anhydrous) | Sigma Aldrich | 288306 | |
| Hydrogen peroxide solution 30% | Aaron Industries | NA | |
| HoBt-Cl | Aaptec | CXZ096 | |
| DIC | Sigma Aldrich | D125407 | |
| Female athymic nude mice (Nu/Nu strain), 6–8 weeks age | Harlan (Livermore, CA) | ||
References
- Zhang, L., et al. Nanoparticles in medicine: therapeutic applications and developments. Clin. Pharmacol. Ther. 83, 761-769 (2008).
- Wang, A. Z., Langer, R., Farokhzad, O. C. Nanoparticle Delivery of Cancer Drugs. Annu. Rev. Med. 63, 185-198 (2012).
- Iyer, A. K., Khaled, G., Fang, J., Maeda, H. Exploiting the enhanced permeability and retention effect for tumor targeting. Drug Disc. Today Targets. 11, 812-818 (2006).
- Morachis, J. M., Mahmoud, E. A., Almutairi, A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev. 64, 505-519 (2012).
- Kamaly, N., Xiao, Z., Valencia, P. M., Radovic-Moreno, A. F., Farokhzad, O. C. Targeted polymeric therapeutic nanoparticles: design, development and clinical translation. Chem. Soc. Rev. 41, 2971-3010 (2012).
- Li, Y. L., et al. Reversibly stabilized multifunctional dextran nanoparticles efficiently deliver doxorubicin into the nuclei of cancer cells. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48, 9914-9918 (2009).
- Miyata, K., et al. Block catiomer polyplexes with regulated densities of charge and disulfide cross-linking directed to enhance gene expression. J. Am. Chem. Soc. 126, 2355-2361 (2004).
- Chan, Y., Wong, T., Byrne, F., Kavallaris, M., Bulmus, V. Acid-labile core cross-linked micelles for pH-triggered release of antitumor drugs. Biomacromolecules. 9, 1826-1836 (2008).
- Rijcken, C. J., Snel, C. J., Schiffelers, R. M., van Nostrum, C. F., Hennink, W. E. Hydrolysable core-crosslinked thermosensitive polymeric micelles: synthesis, characterisation and in vivo studies. Biomaterials. 28, 5581-5593 (2007).
- Talelli, M., et al. Core-crosslinked polymeric micelles with controlled release of covalently entrapped doxorubicin. Biomaterials. 31, 7797-7804 (2010).
- Xiao, K., et al. A self-assembling nanoparticle for paclitaxel delivery in ovarian cancer. Biomaterials. 30, 6006-6016 (2009).
- Li, Y., et al. A novel size-tunable nanocarrier system for targeted anticancer drug delivery. J. Control. Release. 144, 314-323 (2010).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible disulfide cross-linked micelles for on-demand paclitaxel delivery. Biomaterials. 32, 6633-6645 (2011).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible boronate crosslinked nanocarriers for targeted drug delivery in response to acidic pH values and cis-diols. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 51, 2864-2869 (2012).
- Li, Y., et al. A smart and versatile theranostic nanomedicine platform based on nanoporphyrin. Nat. Commun. 5, (2014).
- Belenki, B. G., Gankina, E. S. Thin-Layer chromatography of polymers. J. Chromatogr. A. 141, 13-90 (1977).
- Kaiser, E., Colescott, R. L., Bossinger, C. D., Cook, P. I. Color test for detection of free terminal amino groups in the solid-phase synthesis of peptides. Anal. Biochem. 34, 595-598 (1970).
- Pandey, P. S., Rai, R., Singh, R. B. Synthesis of cholic acid-based molecular receptors: head-to-head cholaphanes. J. Chem. Soc., Perkin Trans 1. , 918-923 (2002).
- Riddles, P. W., Blakeley, R. L., Zerner, B. Reassessment of Ellman’s reagent. Methods Enzymol. 91, 49-60 (1983).
- Ahuja, S., Rasmussen, H. Overview of HPLC method development for pharmaceuticals. HPLC Method Development for Pharmaceuticals. , 1-11 (2007).
- Li, Y., Pan, S., Zhang, W., Du, Z. Novel thermo-sensitive core-shell nanoparticles for targeted paclitaxel delivery. Nanotechnology. 20 (6), 065104 (2009).
- Kato, J., et al. Disulfide cross-linked micelles for the targeted delivery of vincristine to B-cell lymphoma. Mol. Pharm. 9, 1727-1735 (2012).
- Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis. Mol. Aspects Med. 30, 42-59 (2009).
- Xiao, K., et al. “OA02” peptide facilitates the precise targeting of paclitaxel-loaded micellar nanoparticles to ovarian cancer in vivo. Cancer Res. 72, 2100-2110 (2012).
- Koo, A. N., et al. Disulfide-cross-linked PEG-poly(amino acid)s copolymer micelles for glutathione-mediated intracellular drug delivery. Chem. Commun. 28, 6570-6572 (2008).
- McLellan, L. I., Wolf, C. R. Glutathione and glutathione-dependent enzymes in cancer drug resistance. Drug. Resist. Update. 2, 153-164 (1999).
- Karala, A. R., Lappi, A. K., Saaranen, M. J., Ruddock, L. W. Efficient peroxide-mediated oxidative refolding of a protein at physiological pH and implications for oxidative folding in the endoplasmic reticulum. Antioxid. Redox Signal. 11, 963-970 (2009).
- Gabizon, A., et al. Cancer nanomedicines: closing the translational gap. Lancet. 384, 2175-2176 (2014).
