Produção de plataforma de entrega de vacinas de vacinação de infravermelho próximo e infravermelho
Summary
Este artigo descreve os protocolos usados para produzir uma nova plataforma de entrega de vacinas, “polibolhas”, para permitir a liberação de estouro atrasada. Poliésteres incluindo poli (ácido láctico-coglicólico) e policaprolactona foram usados para formar os polibolhas e pequenas moléculas e antígenos foram usados como carga.
Abstract
Estratégias de entrega de vacinas que podem limitar a exposição da carga a solventes orgânicos, ao mesmo tempo em que permitem novos perfis de liberação, são cruciais para melhorar a cobertura vacinal em todo o mundo. Aqui, uma nova plataforma de liberação de vacinas injetável, ultravioleta e retardada, que permite a entrega de vacinas chamada polibolhas, é introduzida. A carga foi injetada em polibolhas à base de poliéster que foram formadas em uma solução aquosa baseada em carboxymethycellulose de 10%. Este artigo inclui protocolos para manter a forma esférica dos polibolhas e otimizar a colocação e retenção de carga para maximizar a quantidade de carga dentro dos polibolhas. Para garantir a segurança, o teor de solventes clorados dentro dos polibolhas foi analisado por meio da análise de ativação de nêutrons. Os estudos de liberação foram realizados com pequenas moléculas como carga dentro do polibole para confirmar a liberação retardada da explosão. Para mostrar ainda mais o potencial de entrega sob demanda da carga, nanorods de ouro foram misturados dentro da concha de polímero para permitir a ativação a laser quase infravermelha.
Introduction
A cobertura vacinal limitada resulta na morte de 3 milhões de pessoas especificamente causadas por doenças preveníveis por vacinas1. Condições inadequadas de armazenamento e transporte levam ao desperdício de vacinas funcionais e, portanto, contribuem para a redução da imunização global. Além disso, a vacinação incompleta por não aderir aos calendários vacinais necessários também causa cobertura vacinal limitada, especificamente nos países em desenvolvimento2. São necessárias múltiplas visitas ao pessoal médico dentro do período recomendado para o recebimento de vacinas de reforço, limitando assim o percentual da população com vacinação completa. Por isso, é necessário desenvolver novas estratégias para a entrega controlada de vacinas para contornar esses desafios.
Os esforços atuais para o desenvolvimento de tecnologias de entrega de vacinas incluem sistemas poliméricos baseados em emulsão3,,4. No entanto, a carga é frequentemente exposta a uma maior quantidade de solvente orgânico que pode potencialmente causar agregação e desnaturação, especificamente no contexto da carga à base deproteínas 5,6. Desenvolvemos uma nova plataforma de entrega de vacinas, “polibolhas”, que pode potencialmente abrigar vários compartimentos de carga, minimizando o volume de carga que está exposta ao solvente7. Por exemplo, em nossa plataforma de concha-núcleo de polibole, um bolsão de carga de diâmetro de 0,38 mm (SEM) é injetado no centro de um polibole de 1 mm. Neste caso, a superfície da carga exposta ao solvente orgânico seria de aproximadamente 0,453 mm2. Depois de considerar a densidade de embalagem de esferas (micropartículas) dentro de uma esfera (depósito de carga), o volume real de micropartículas (10 μm de diâmetro) que poderia caber no depósito é de 0,17 mm3. O volume de uma micropartícula é de 5,24×10-8 mm3 e, portanto, o número de partículas micropartículas que podem se encaixar no depósito é ~3.2×106 partículas. Se cada micropartícula tiver 20 bolsões de carga (como resultado de dupla emulsão) de 0,25 μm de diâmetro, então a área superficial de carga exposta ao solvente orgânico é de 1274 mm2. O depósito de carga dentro do polibole teria, portanto, ~2800 vezes menos área de superfície exposta a solvente orgânico em comparação com a carga orgânica exposta a solventes em micropartículas. Nossa plataforma baseada em poliéster pode, assim, reduzir potencialmente a quantidade de carga exposta a solvente orgânico que pode causar agregação e instabilidade de carga.
Os polibolhas são formados com base no princípio da separação de fases onde o poliéster em fase orgânica é injetado em uma solução aquosa resultando em uma bolha esférica. A carga na fase aquosa pode então ser injetada no centro do polibole. Outro compartimento de carga pode potencialmente ser alcançado dentro do polibole misturando uma carga diferente com a concha do polímero. O polibole nesta fase será maleável e, em seguida, será curado para resultar em uma estrutura de polibole sólida com carga no meio. Polibolhas esféricas foram escolhidas em vez de outras formas geométricas para aumentar a capacidade de carga dentro do polibole, minimizando o tamanho geral do polibole. Polibolhas com carga no centro foram escolhidas para demonstrar a liberação de rajadas atrasadas. Os polibolhas também foram incorporados com o agente quase infravermelho (NIR) sensível (ou seja, teranostico-habilitador), ou seja, nanorods de ouro (AuNR), para causar aumento na temperatura das polibolhas. Esse efeito poderia potencialmente facilitar a degradação mais rápida e poderia ser usado para controlar cinéticas em aplicações futuras. Neste artigo, descrevemos nossa abordagem de formar e caracterizar polibolhas, para alcançar a liberação de estouro retardada dos polibolhas, e incorporar AuNR dentro dos polibubbles para causar ativação de NIR.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tecnologias e desafios atuais
Micro e nanopartículas baseadas em emulsão têm sido comumente usadas como portadores de medicamentos. Embora a cinética de liberação da carga desses dispositivos tenha sido extensivamente estudada, controlar a cinética de liberação de rajadas tem sido um grande desafio11. A versatilidade e funcionalidade da carga também é limitada em sistemas baseados em emulsão devido à exposição da carga a solventes aquosos e orgânicos em excesso….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gostaríamos de agradecer ao Dr. Bryan E. Tomlin afiliado ao laboratório de análise elementar dentro do departamento de química da TAMU que ajudou na análise de ativação de nêutrons (NAA).
Materials
| 1-Step Ultra Tetramethylbezidine (TMB)-Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) Substrate Solution | Thermo scientific | 34028 | |
| 2-Hydroxy-2-methylpropiophenone | TCI AMERICA | H0991 | |
| 450 nm Stop Solution for TMB Substrate | Abcam | ab17152 | |
| Acryloyl chloride | Sigma Aldrich | A24109-100G | |
| Acriflavine | Chem-Impex International | 22916 | |
| Anhydrous ethyl ether | Fisher Chemical | E138-500 | |
| Anti-HIV1 gp120 antibody conjugated to horseradish peroxidase (HRP) | |||
| Bovine serum albumin (BSA) | Fisher BioReagents | BP9700100 | |
| BSA-CF488 dye conjugates | Invitrogen | A13100 | |
| Bromosalicylic acid | Acros Organics | AC162142500 | |
| Carboxymethylcellulose (CMC) | Millipore Sigma | 80502-040 | |
| Centrimonium bromide (CTAB) | MP Biomedicals | ICN19400480 | |
| Chloroform | Fisher Chemical | C2984 | |
| Coating buffer | Abcam | ab210899 | |
| Dichloromethane (DCM) | Sigma Aldrich | 270997-1L | |
| Diethyl ether | Fisher Chemical | E1384 | |
| Dodeacyl Amine | Acros Organics | AC117665000 | |
| Doxorubicin hydrochloride | Fisher BioReagents | BP251610 | |
| L-ascorbic acid | Acros Organics | A61 100 | |
| Legato 100 Syringe Pump | KD Scientific | 14 831 212 | |
| mPEG thiol | Laysan Bio | NC0702454 | |
| Nonfat dry milk | Andwin Scientific | NC9022655 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Phosphate saline buffer | Fisher BioReagents | BP3991 | |
| (Poly(caprolactone) | Sigma Aldrich | 440744-250G | |
| (Poly(caprolactone) triol | Acros Organics | AC190730250 | |
| Poly (lactic-co-glycolic acid) diacrylate | CMTec | 280050 | |
| Potassium carbonate | Acros Organics | AC424081000 | |
| Recombinant HIV1 gp120 + gp41 protein | Abcam | ab49054 | |
| Silver nitrate | Acros Organics | S181 25 | |
| Sodium borohydride | Fisher Chemical | S678 10 | |
| Tetrachloroauric acid | Fisher Chemical | G54 1 | |
| Trehalose | Acros Organics | NC9022655 | |
| Triethyl amine | Acros Organics | AC157910010 |
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