Nanosponge Tunability ב גודל וצפיפות Crosslinking
Summary
מאמר זה מתאר תהליך עבור כוונון הצפיפות crosslinking ובגודל של covalently תפור חלקיקים מן ליניארית אחרים-פולימרים וסופולימרים המכיל פונקציונליות תליון. על-ידי התאמת הפרמטרים סינתזה (משקל מולקולרי פולימר, תליון פונקציונליות התאגדות, ושווי crosslinker), צפיפות crosslinking ובגודל הרצויים ננו-חלקיק יכולה להיות מושגת ליישומים משלוח סמים.
Abstract
אנו מתארים פרוטוקול לסינתזה של פוליאסטר ליניארי המכיל תליון epoxide והפונקציונליות שלהם השתלבות nanosponge עם ממדים מבוקרת. גישה זו מתחילה סינתזה של לקטון functionalized אשר היא המפתח functionalization תליון של הפולימר וכתוצאה מכך. Valerolactone (VL) ו- allyl-valerolactone (AVL) הם ואז copolymerized באמצעות פתיחת הטבעת הפילמור. פלמור שלאחר השינוי משמש לאחר מכן להתקין את moiety epoxide על חלק או כל הקבוצות allyl תליון. כימיה אפוקסי-אמין מועסק על טופס חלקיקים פתרון שתדללו של פולימר והן מולקולה קטנה diamine ב crosslinker בהתבסס על צפיפות crosslinking ובגודל nanosponge הרצוי. הגדלים Nanosponge יכולים להיות מאופיינת הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) הדמיה כדי לקבוע את הממדים ואת ההפצה. שיטה זו מספקת נתיב שבו קבוצה מאוד tunable ניתן ליצור חלקיקים tunable, אשר יכול לשמש לצורך כימוס סמים מולקולה קטנה. בשל אופיו של עמוד השדרה, החלקיקים הם hydrolytically ו enzymatically מתכלה לשחרור מבוקר של מגוון רחב של מולקולות קטנות הידרופובי.
Introduction
דווקא כוונון הצפיפות crosslinking ובגודל של חלקיקים המבוססת על crosslinking הבין-מולקולרי הוא בעל חשיבות רבה לחזור ולהשפיע על מדריך לפרופיל שחרור הסמים של אלה nanosystems1. Designing nanosponge tunability, דהיינו, הכנת חלקיקים של צפיפויות רשת שונים, הוא מסתמך על הפונקציונליות תליון של הפולימר קודמן ושווי של crosslinker הידרופיליות שילב. בגישה זו, הריכוז של קודמן, crosslinker של הממס חשוב טופס חלקיקים בגודל דיסקרטית ולא ג’ל בצובר. ניצול ספקטרוסקופיה כמותיים תהודה מגנטית גרעינית (NMR) כמו טכניקה אפיון מאפשר הקביעה מדויקת של משקל מולקולרי פולימר ופונקציונליות של תליון incorporated. ברגע חלקיקים נוצרים, הם יכולים להיות מרוכז, solubilized ב אורגניקס ללא בעל האופי של nanogel.
עבודה במשלוח סמים nanoparticle התמקדה השימוש פוליפוני (לקטית-co-חומצה גליקולית) (PLGA) התאספו עצמית חלקיקים2,3,4,5,6. PLGA יש קישורים אסתר מתכלה שהופכות אותו מתאים ליישומי משלוח סמים והוא משולב לעתים קרובות עם poly(ethylene glycol) (PEG) עקב שלה מאפיינים התגנבות7. עם זאת, בשל אופיו עצמית שהורכב היווצרות חלקיקים PLGA, לא solubilized החלקיקים ב אורגניקס עבור עוד יותר functionalization. בניגוד PLGA חלקיקים, השיטה המוצעת מספק crosslinking קוולנטיות ויוצרים של ננו-חלקיק עם גדלים מוגדרים, מורפולוגיה, אשר יציבים ב אורגניקס ולבזות פתרונות מימית1. היתרונות של גישה זו היכולת עוד יותר מבחינה כימית functionalize את פני השטח של nanosponge8, יציבותו של ממיסים אורגניים יכול לשמש עבור טעינת פוסט של החלקיקים עם תרכובות פרמצבטיות1,9. בשיטה זו, ומגעים הידרופובי מולקולות קטנות יכולה להיות מושגת על ידי משקעים לתוך המדיה מימית. Hydrophobicity של עמוד השדרה פוליאסטר יחד עם crosslinker קצר הידרופילית נותן החלקיקים תו אמורפי בטמפרטורת הגוף. יתר על כן, לאחר סמים טעינה, החלקיק יכול יוצרות המתלים בסדר בתקשורת מימית להיות מוזרק בקלות בתוך vivo. זוהי מטרתנו בעבודה זו להעריך את הפרמטרים עבור הסינתזה של אלה nanosponges פוליאסטר ולקבוע את אלה אשר לתדרוך עיצוב, שליטה על גודל של מורפולוגיה.
Protocol
Representative Results
Discussion
קבלת nanosponge לשחזור גדלים חיוני ביישומים משלוח סמים. פרמטרים מרובים בסינתזה פלמור, nanosponge משפיעות על הצפיפות crosslink ובגודל של החלקיק וכתוצאה מכך. שלושה פרמטרים חשובים זוהו בניתוח שלנו: משקל מולקולרי פולימר, פונקציונליות תליון epoxide ו- crosslinker מקבילות. על מנת לייצר מגוון רחב של משקולות מולקולרית ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
LK הוא אסיר תודה על מימון הלאומית למדע קרן מחקר מלגת לימודים לתואר שני (DGE-1445197), מחלקת כימיה אוניברסיטת ונדרבילט. LK, EH רוצה להודות את המימון עבור כלי אוסיריס TEM (NSF EPS 1004083).
Materials
| 2,2'-(Ethylenedioxy)bis(ethylamine) | Sigma-Aldrich | 385506-100ML | |
| 3-methyl-1-butanol | Sigma-Aldrich | 309435-100ML | anhydrous, ≥99% |
| Acetone | Sigma-Aldrich | 179124-4L | |
| Allyl bromide | Sigma-Aldrich | A29585-5G | ≥99% |
| Ammonium chloride | Fisher Scientific | A661-500 | saturated solution in DI water |
| Cell culture water | Sigma-Aldrich | W3500-500ML | Filtered through 0.45 μm syringe filter |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 270997-100ML | anhydrous, ≥99%, contains 40-150 ppm amylene as stabilizer |
| Ethyl Acetate | Fisher Scientific | E145SK-4 | |
| EZFlow 0.2 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-2116-OEM | Hydrophillic PTFE, 13 mm |
| EZFlow 0.45 μm Syringe Filter | Foxx Life Sciences | 386-3126-OEM | Hydrophillic PTFE, 25 mm |
| Fisherbrand Disposable Borosilicate Glass Test Tubes with Plain End | Fisher Scientific | 14-961-31 | |
| Fisherbrand Microcentrifuge Tubes | Fisher Scientific | 14-666-318 | 1.5 mL |
| Hamilton Microliter Syringe, 100 μL | Hamilton Company | 80600 | Model 710 N SYR, Cemented NDL, 22s ga, 2 in, point style 2 |
| Hexamethylphosphoramide | Sigma-Aldrich | H11602-100G | ≥99%, contains ≤1000 ppm propylene oxide as stabilizer |
| Hexanes | Fisher Scientific | H292-4 | |
| Magnesium sulfate anhydrous | Fisher Scientific | M65-500 | |
| Meta-chloroperoxybenzoic acid | Sigma-Aldrich | 273031-100G | Purified to ≥99% by buffer wash |
| Methanol (MeOH) | Sigma-Aldrich | 322415-100ML | anhydrous, ≥99% |
| N-butyllithium solution | Sigma-Aldrich | 230707-100ML | 2.5 M in hexanes |
| N,N-diisopropylethylamine | Sigma-Aldrich | 550043-500ML | ≥99% |
| Parafilm M | Sigma-Aldrich | P7793-1EA | |
| PELCO Pro Reverse (Self-Closing) Tweezers | Ted Pella, Inc. | 5375-NM | |
| Phosphotungstic acid hydrate | Alfa Aesar | 40116 | |
| Q55 Sonicator | Qsonica | Q55-110 | 55 Watts, 20 kHz |
| SiliaMetS Cysteine | Silicycle | R80530B-10g | |
| SnakeSkin Dialysis Clips | Thermo Scientific | 68011 | |
| SnakeSkin Dialysis Tubing, 10K MWCO | Thermo Scientific | 68100 | |
| Sodium bicarbonate | Fisher Scientific | 5233-500 | saturated solution in DI water |
| TEM grid | Ted Pella, Inc. | 01822-F | Ultrathin Carbon Type-A, 400 mesh, Copper, approx. grid hole size: 42µm |
| Tetrahydrofuran (THF) | Sigma-Aldrich | 401757-1L | Anhydrous, ≥99.9%, inhibitor-free |
| Tin(II) trifluoromethanesulfonate | Sigma-Aldrich | 388122-1G | |
| Vortex-Genie 2 | Scientific Industries | SI-0236 | |
| Whatman Filter Paper, Grade 1 | Fisher Scientific | 09-805H | Circles, 185 mm |
| δ-valerolactone | Sigma-Aldrich | 389579-100ML | Purified by vacuum distillation |
References
- van der Ende, A. E., Sathiyakumar, V., Diaz, R., Hallahan, D. E., Harth, E. Linear release nanoparticle devices for advanced targeted cancer therapies with increased efficacy. Polym Chem. 1 (1), 93 (2010).
- Sharma, S., Parmar, A., Kori, S., Sandhir, R. PLGA-based nanoparticles: A new paradigm in biomedical applications. Trends Anal Chem. 80, 30-40 (2016).
- Cao, L. B., Zeng, S., Zhao, W. Highly Stable PEGylated Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) Nanoparticles for the Effective Delivery of Docetaxel in Prostate Cancers. Nanoscale Res Lett. 11 (1), 305 (2016).
- Chelopo, M. P., Kalombo, L., Wesley-Smith, J., Grobler, A., Hayeshi, R. The fabrication and characterization of a PLGA nanoparticle-Pheroid® combined drug delivery system. J Mater Sci. 52 (6), 3133-3145 (2016).
- Guan, Q., et al. Preparation, in vitro and in vivo evaluation of mPEG-PLGA nanoparticles co-loaded with syringopicroside and hydroxytyrosol. J Mater Sci Mater Med. 27 (2), 24 (2016).
- Cannava, C., et al. Nanospheres based on PLGA/amphiphilic cyclodextrin assemblies as potential enhancers of Methylene Blue neuroprotective effect. RSC Adv. 6, 16720-16729 (2016).
- Locatelli, E., Franchini, M. C. Biodegradable PLGA-b-PEG polymeric nanoparticles: synthesis, properties, and nanomedical applications as drug delivery system. J Nanopart Res. 14 (12), (2012).
- van der Ende, A. E., Croce, T., Hamilton, S., Sathiyakumar, V., Harth, E. M. Tailored polyester nanoparticles: post-modification with dendritic transporter and targeting units via reductive amination and thiol-ene chemistry. Soft Matter. 5 (7), 1417 (2009).
- Lockhart, J. N., Stevens, D. M., Beezer, D. B., Kravitz, A., Harth, E. M. Dual drug delivery of tamoxifen and quercetin: Regulated metabolism for anticancer treatment with nanosponges. J Control Release. 220 (Pt. B), 751-757 (2015).
- Shriner, R. L., Hermann, C. K. F., Morrill, T. C., Curtin, D. Y., Fuson, R. C. . The Systematic Identification of Organic Compounds. , (2004).
- Derome, A. E. . Modern NMR Techniques for Chemistry Research. , (1987).
- Williams, D. B., Barry Carter, C. . Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).
- van der Ende, A. E., Kravitz, E. J., Harth, E. M. Approach to Formation of Multifunctional Polyester Particles in Controlled Nanoscopic Dimensions. J Am Chem. Soc. 130 (27), 8706-8713 (2008).
- Stevens, D. M., Watson, H. A., LeBlanc, M. A., Wang, R. Y., Chou, J., Bauer, W. S., Harth, E. M. Practical polymerization of functionalized lactones and carbonates with Sn(OTf)2 in metal catalysed ring- opening polymerization methods. Polym Chem. 4, 2470-2474 (2013).
