Döner disülfür Çapraz bağlı misellerin Üretimi için basit ve etkin Yaklaşım
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
Nanotıp biyomedikal uygulama için ölçek nanometre parçacıkların eşsiz özelliklerini sürdürür terapi yükselen bir şeklidir. Tedavi sonuçları maksimize etmek ve ilaç ilişkili yan etkileri azaltmak için ilaç dağıtım geliştirilmesi bugünkü Nanotıp taşlarından bazılarıdır. Özellikle nanopartiküller kanser tedavisinde geniş bir kullanım alanı bulmuştur. tasarım, uygulama ve tümör mikro dayalı üretimde esneklik yüksek derecesi Nanoparçacıklar klinik uygulamaya hızlı çeviri daha etkili olduğu tahmin edilmektedir. polimerik misel nano taşıyıcı ilaç verme uygulamaları için popüler bir seçimdir.
Bu makalede, iyi tanımlanmış bir amfifilik lineer dendritik kopolimer (telodendrimer, TD) kendini düzenlemesinden göre ilaç yüklü, disülfid çapraz bağlanmış miseller sentezlenmesi için basit ve etkili bir protokol açıklar. TD polietilen gl oluşurHidrofilik segmenti ve çözelti esaslı peptid kimyası kullanılarak bir amin ile sona eren PEG çekirdek oluşturucu hidrofobik yarı parça eklenmiş adım adım bir Tiollenmiş kolik asit küme olarak ycol (PEG). Böyle paklitaksel (PTX) olarak kemoterapi ilaçları, standart bir çözücü buharlaştırma yöntemi kullanılarak yüklenebilir. O 2 aracılı oksidasyon önce TDS ile ilgili serbest tiyol grupları içi misel disülfit çapraz bağlantı oluşturulması için kullanılmıştır. Bununla birlikte, reaksiyon yavaş ve büyük ölçekli üretim için uygun değildi. Son zamanlarda, bir H 2 O 2 aracılı oksidasyon yöntemi daha uygun ve verimli bir yaklaşım olarak araştırılan ve 96 kat daha hızlı daha önce bildirilen yönteme göre daha oldu. Bu yaklaşımı kullanarak, PTX-yüklü, disülfid çapraz bağlanmış nanopartiküller 50 g başarılı dar parçacık boyutu dağılımı ve yüksek ilaç yüklemeli verimle imal edilmiştir. Elde edilen misel çözeltisi stabilitesi örneğin W birlikte kuluçkaya olarak kesintiye koşullar kullanılarak çözümlendiya da indirgeyici bir madde olmayan bir deterjan, sodyum dodesil sülfat, i. bunların olmayan çapraz bağlı karşılıkları ile karşılaştırıldığında ilaç yüklü, disülfid çapraz bağlanmış miseller az hemolitik aktivite göstermiştir.
Introduction
Nanoteknoloji biyomedikal alanlarda 1 bir dizi yararlandı hızlı gelişen bir alandır. Nanopartiküller geleneksel terapötik diğer türleri ile mümkün değildir özellikleri tasarımı ve ayarlama için fırsatlar sağlar. Nano taşıyıcılar, ilaç dolaşım süresini uzatmak, biyolojik ayrışma karşı ilaçların istikrarı geliştirmek ilaç çözünürlüğü sorunları aşmak ve ince ayarlı hedefli ilaç dağıtım ve ko-teslim görüntüleme maddeleri 1,2 için olabilir. Nanopartikül bazlı verme sistemleri Kanser görüntüleme ve tedavisi ümit vaat etmektedir. Tümör vaskülatürlerden makromoleküllere sızan ve gelişmiş geçirgenlik ve tutma (EPR) etkisi 3 ile, tümör bölgelerinde nano-tanecikleri, dolaşımdaki birikmesidir yol açabilir. Aktif bir anti-kanser ilaç taşıyıcılar olarak izlenmektedir birçok nano taşıyıcı (örneğin, lipozomlar, hidrojeller ve polimerik misel) arasında, bir polimerik miseller th geniş bir popülarite kazanmışe son on 4,5.
Polimerik miseller, intravenöz uygulama ile ilgili potansiyel unimers içine ayrışma yol kritik misel konsantrasyonu (CMC) altına seyreltilebilen bir termodinamik sistemdir. Çapraz bağlanma stratejileri unimers içine misel ayrışmasını en aza indirmek için istihdam edilmiştir. Ancak, aşırı stabilize miseller böylece genel terapötik etkinlik azaltarak, hedef bölgelerde bırakmadan gelen ilaç engelleyebilir. Çeşitli kimyasal yaklaşımlar yapmak için araştırılmıştır çapraz bağlama redoks yanıt olarak ya da indirgenebilir disülfid bağlarının 6,7 ve pH-parçalanabilen 8 veya hidrolize ester bağları 9,10 olarak dış uyaranlara, için parçalanabilir.
Daha önce telodendrimers (TD) olarak adlandırılır tasarım ve dendritik kolik asit (CA) blok ve doğrusal polietilen glikol (PEG) kopolimerleri, aşağıdakilerden oluşan misel nanopartiküllerin sentezi 11-15 bildirmiştir </> Sup. Bu TDS (n = molekül ağırlığı kilodalton (K) Y, kolik asit sayısını (CA) birimleri =), PEG nK -CAy olarak temsil edilir. Bunlar hidrofobik çekirdekte paklitaksel (PTX) ile doksorubisin (DOX) halinde kapsül ilaç küçük olmaları, uzun bir raf ömrü ve yüksek verimlilik ile karakterize edilir. PEG, lisin, ve CA gibi TD yapı blokları, biyolojik olarak uyumlu olan, ve bir PEG korona varlığı retiküloendotelyal sistemleri tarafından misel nanopartiküllerin spesifik olmayan soğurulma engelleyen bir "gizli" Nanopartikül karakteri kazandırabilmektedir.
Tiollenmiş doğrusal dendritik polimerler kolaylıkla standart TDS dendritik oligo-lisin omurgasına sistein sokulmasıyla üretilebilir. Bu makalede, TDS hidrofobik çekirdeğin içine disülfit çapraz bağlantı (Şekil 1) verilmesi ile tersine çevrilebilir çapraz bağlanmış miselar ilaç verme sistemi üretimi için, basit bir protokol sunulur.
Protocol
Representative Results
Discussion
Çeşitli nanopartiküller ilaç iletiminde potansiyel kullanım için incelenmiştir. Lipozomal doksorubisin ve paklitaksel (PTX) insan serum albümin nano-agrega kanser tedavisi için FDA tarafından onaylanmış nanotherapeutics arasındadır -yüklü. klinik olarak etkili olmasına rağmen, ancak, bu nanotherapeutics iki boyut açısmdan göreceli olarak "büyük", ve karaciğer ve akciğer birikme eğilimindedir. nispeten daha küçük partikül boyutları ve daha yüksek ilaç yükü kapasitesine sahip p…
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).
