وقد تم تمويل هذا العمل من جانب لاعبي الغولف لمكافحة السرطان ، ولاية كارولينا مركز تقنية النانو للتميز منح التجريبية ، جامعة السرطان الصندوق الوطني للبحوث ومعهد الصحة K - 12 جائزة التطوير المهني.

1. توليف PLGA - B - PEG البوليمر <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بولي (D ، L - lactide - CO - glycolide) (PLGA) مع مجموعات الكاربوكسيلات الطرفي (PLGA - الكاربوكسيلات) يذوب في أي مذيب للPLGA (كما هو مذكور في القسم المواد) في تركيز 5mM. ويمكن حل PLGA في هذا التركيز مع التحريك لطيف. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وحلت كل من NHS (الوزن الجزيئي 115.09) وEDC (الوزن الجزيئي 191.7) في حل PLGA بتركيز 25mM. (تضاف كل EDC وNHS في الزائدة متكافئة من 5 مرات مقابل PLGA). يتم تحويل PLGA - الكاربوكسيلات في PLGA - NHS بإضافة EDC وNHS لPLGA - الكاربوكسيلات حل لطيف مع التحريك لمدة 1 ساعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وعجلت في ناتج التفاعل PLGA - NHS بها مضيفا ان الحل الميثانول الغسيل. يتم إضافة ما يقرب من 10 أضعاف حجم الفائض من الميثانول إلى الحل. الحل هو طرد في 2000 XG لتترسب في PLGA - NHS وتجاهل طاف (يزيل آثار EDC وNHS. ويتكرر هذا الإجراء من الميثانول مع الغسيل ثلاث مرات على الأقل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يجفف بيليه PLGA - NHS في ظل فراغ لمدة 30 دقيقة لإزالة أي أثر للحل الغسيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هو الآن بيليه PLGA - NHS إعادة المذاب في المذيب نفسه في نفس التركيز الذي كان يستخدم في البداية بحل PLGA. ثم يضاف إلى PEG heterobifunctional (أمين - PEG - الكاربوكسيلات) إلى حل PLGA بتركيز 5mM (نسبة متكافئة من 1:1). وحضنت الحل الخليط لمدة 24 ساعة مع التحريك المستمر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 24 ساعة ، وعجلت في ناتج التفاعل PLGA - B - PEG كتلة كوبوليمر بها مضيفا ان الحل الميثانول الغسيل في الزائدة. تكرار عملية الغسل والطرد المركزي على النحو المذكور أعلاه ثلاث مرات. سيؤدي هذا إلى إزالة كافة PEG الزائدة غير المتفاعل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يجفف كوبوليمر كتلة PLGA - B - PEG تحت فراغ. </li></ol> 2. PLGA - B - PEG إعداد جسيمات متناهية الصغر يمكن إعداد النانوية مع جوهر PLGA مغطاة PEG على السطح مع هذه الاسهامية diblock. ويمكن تغليف مجموعة متنوعة من الأدوية المختلفة في مسعور النانوية من هذا القبيل. يمكن أن تكون مغلفة في المركبات الفلورية النانوية أو يمكن أن مترافق PLGA ، وبالتالي يمكن استخدام هذه الجسيمات النانوية للتصوير مضان. ويستخدم أسلوب Nanoprecipitation لجعل النانوية وخصوصا عندما البضائع المراد مغلفة هو مسعور جدا في الطبيعة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وحلت PLGA - B - PEG كتلة كوبوليمر والمخدرات / شحن (لتكون مغلفة) في أي مذيب الذي يذوب PLGA. يمكن حلها بواسطة المذيبات PLGA مشتركة كثيرة ، بما في ذلك أسيتونتريل ، DCM ، رباعي هيدرو الفوران ، والأسيتون أو خلات الإيثيل. اختيار المذيب أمر بالغ الأهمية ، لأنها تؤثر على خصائص جسيمات متناهية الصغر. وبالتالي ، يجب استخدام المذيبات المناسبة في هذه الخطوة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم يضاف الخليط البوليمر / المخدرات قطرة قطرة إلى كميات من الماء 3-5 التحريك إعطاء تركيز البوليمر النهائي من حوالي 3 ملغ / مل. (الشكل 2) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> واصل التحريك لمدة 2 ساعة تحت ضغط منخفض للسماح للجزيئات لتشكيل الجمعية التي المصير وإزالة آثار مذيب عضوي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وتتركز ثم بواسطة الطرد المركزي في النانوية ز س 2700 لمدة 10 دقيقة باستخدام عامل تصفية Amicon (MWCO 20KDa) ، وغسلها ، وأعيد تشكيلها في برنامج تلفزيوني : الحصاد والتنقية. هذا يزيل جميع البضائع من الامم المتحدة وشرك المخدرات /. لا يمكن أن يؤديها الأوصاف البيوفيزيائية الأساسية ، مثل الحجم ، وتهمة السطحية ، والمخدرات كفاءة التحميل لفهم أفضل للخصائص النانوية. </li></ol> 3. تخزين تجميد التجفيف هو طريقة تستخدم عادة لتخزين 11 النانوية. سوف تجفيد الحفاظ على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجزيئات للاستقرار على المدى الطويل 12. تجميد عملية التجفيف يمكن أن يسبب الضغط على الجزيئات وزعزعة الاستقرار في صياغتها ، بحيث تستخدم عادة وقاية من البرد (الوقاية من الإجهاد التجميد) وليو - وقاية (الوقاية من الإجهاد التجفيف). يتم تحديد اختيار هذه وقاية من طول الوقت المطلوب لتخزين 13. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في تجفيف للتجمد ، هناك تصلب مجموع العينة التجمد تيراغرام والخمسين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في خطوة والتجفيف ، وإزالة الجليد عن طريق التسامي. وينبغي أن يكون الأمثل في درجة الحرارة والضغط لتحقيق كفاءة تجميد عملية التجفيف. </li></ol> 4. ممثل النتائج : توصيف دي كوبوليمر كتلة PLGA - B - PEG ويمكن استخدام تقنيات مختلفة لتأكيد نجاح الاقتران من البوليمرات. ويمكن وصف تشكيل PLGA - B - PEG باستخدام 400 ميغاهيرتز 1H الرنين المغناطيسي النووي (NMR). يمكن التحقق من الوزن الجزيئي للمنتج شكلت (PLGA - B - PEG) من هلام اللوني تخلل (المؤتمر الشعبي العام). وPLGA - B -- PEG الوزن الجزيئي distributioيجب ن منحنى والوقت شطف يكون مختلفا عن PLGA وحده PEG. في الجمع ، وينبغي أن تميز هذه التقنيات في شكل المنتج وتحديد ما إذا كان رد فعل اقتران كان ناجحا. توصيف PLGA - B - PEG النانوية ويمكن قياس حجم الجسيمات وحجم التوزيع التي تشتت الضوء الحيوي. معلمات مختلفة في عملية nanoprecipitation تؤثر على حجم الجسيمات. الأوزان الجزيئية للبوليمرات المستخدمة في البداية (على حد سواء وPLGA PEG) تأثير أيضا على توزيع حجم الجسيمات. ويمكن أيضا انتقال المجهر الإلكتروني (TEM) يمكن استخدامها لتأكيد توزيع حجم وهيكل النانوية كما رأينا في الشكل 3. مجموعة حجم الجسيمات عموما في نطاق نانومتر. يمكن أن أحجام الجسيمات الكبيرة مع حجم التوزيع غير المتكافئ تشير إما خطأ في تصريف فعل أو التحسين nanoprecipitation احتياجات الأسلوب. بالإضافة ، يمكن قياس سطح زيتا المحتملة ZetaPALS. ويمكن قياس كفاءة التحميل المخدرات / شحن مع HPLC القياسية. يمكن أن تذوب الجزيئات في المذيبات العضوية وهبلك أن يؤديها لقياس امتصاص الدواء / شحن (الشكل 4). ويمكن أن يتم دراسة الافراج عن المخدرات حيث الحركية المعروفة مدال كميات ثابتة من الشرائح النانوية في 30 - A - Lyzer وحدات غسيل الكلى MINI. في فترات زمنية محددة ، يتم جمع المحتوى في وحدة غسيل الكلى ويتم إضافة حجم مساو من المذيبات العضوية إلى حل النانوية. يتم HPLC على هذه العينات لتحديد محتوى المخدرات / البضائع. <img alt="الشكل 1" src="/files/ftp_upload/3398/3398fig1.jpg" /> الشكل 1. EDC / الكيمياء NHS <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/3398/3398fig2.jpg" /> الشكل 2. طريقة لإعداد Nanoprecipitation النانوية البوليمرية. يضاف الحل من مذيب عضوي (أسيتونتريل أو DCM) يحتوي على الربط بين diblock PLGA والمخدرات ، أو أن تكون البضائع المحملة في الجسيمات قطرة قطرة ل3-5 مل من H 2 O. التحريك <img alt="الشكل 3" src="/files/ftp_upload/3398/3398fig3.jpg" /> الشكل 3. انتقال المجهر الإلكتروني من nanopartices. TEM صورة من الربط بين PLGA النانوية التي تحتوي على wortamin. وقد استخدم حمض الفسفوتنغستيك كعامل التباين. <img alt="الشكل 4" src="/files/ftp_upload/3398/3398fig4.jpg" /> الشكل 4. الافراج عن رقابة من المخدرات من جسيمات متناهية الصغر. باكليتاكسيل من الإفراج عن النانوية بعد الغسيل الكلوي في برنامج تلفزيوني. في ذلك الوقت لاحظت ، وإزالة الجزيئات من الأشرطة وغسيل الكلى في solublized أسيتونتريل. وقد تم قياس الحل بواسطة HPLC. وتمت مقارنة قطعتين منفصلتين من النانوية. <div id="myEventWatcherDiv" style=";text-align:right;direction:rtl"></div><div id="myEventWatcherDiv" style=";text-align:right;direction:rtl"></div>

<ol>
	<li>Drotleffa, S., Lungwitz, U., Breuniga, M., Dennis, A., Blunk, T., Tessmarc, J., Go&#235;pferich, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomimetic+polymers+in+pharmaceutical+and+biomedical+sciences.">Biomimetic polymers in pharmaceutical and biomedical sciences.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 58, 385-407 (2004).</li><li>Bulte, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Nanoparticles in Biomedical Imaging. 3, (2008).</li><li>Omid, C., Farokhzad, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+Nanotechnology+on+Drug+Delivery.">Impact of Nanotechnology on Drug Delivery.</a> ACS NANO. 3, 16-20 (2009).</li><li>Li, Y. -. P., Pei, Y. -. Y., Xian-Ying, Z., Zhou-Hui, G., Zhao-Hui, Z., Wei-Fang, Y., Jian-Jun, Z., Jian-Hua, Z., Xiu-Jian, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PEGylated+PLGA+nanoparticles+as+protein+carriers:+synthesis,+preparation+and+biodistribution+in+rats.">PEGylated PLGA nanoparticles as protein carriers: synthesis, preparation and biodistribution in rats.</a> Journal of Controlled Release. 71, 203-211 (2011).</li><li>Hermanson, G. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bioconjugate techniques. , (2008).</li><li>Jeong, B., Bae, Y. H., Lee, D. S., Kim, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradable+block+copolymers+as+injectable+drug-delivery+systems.">Biodegradable block copolymers as injectable drug-delivery systems.</a> Nature. 388, 860-862 (1997).</li><li>Yoo, H. S., Park, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Folate+receptor+targeted+biodegradable+polymeric+doxorubicin+micelles.">Folate receptor targeted biodegradable polymeric doxorubicin micelles.</a> Journal of Controlled Release. 96, 273-283 (2004).</li><li>Cheng, J., Teply, B. A., Sherifi, I., Sung, J., Luther, G., Gu, F. X., Levy-Nissenbaum, E., Radovic-Moreno, A. F., Langer, R., Farokhzad, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formulation+of+Functionalized+PLGA-PEG+Nanoparticles+for+In+Vivo+Targeted+Drug+Delivery.">Formulation of Functionalized PLGA-PEG Nanoparticles for In Vivo Targeted Drug Delivery.</a> Biomaterials. 28, 869-876 (2007).</li><li>Gu, F., Zhang, L. F., Teply, B. A., Mann, N., Wang, A., Radovic-Moreno, A. F., Langer, R., Farokhzad, O. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+engineering+of+targeted+nanoparticles+by+using+self-assembled+biointegrated+block+copolymers.">Precise engineering of targeted nanoparticles by using self-assembled biointegrated block copolymers.</a> Proceedings of the National Academy of Science. 105, 2586-2591 (2008).</li><li>Sanna, V., Pintus, G., Roggio, A. M., Punzoni, A., Posadino, A. M., Arca, A., Marceddu, S., Bandiera, P., Uzzau, S., Sechi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+Biocompatible+Nanoparticles+for+the+Delivery+of+(-)-Epigallocatechin+3-Gallate+to+Prostate+Cancer+Cells.">Targeted Biocompatible Nanoparticles for the Delivery of (-)-Epigallocatechin 3-Gallate to Prostate Cancer Cells.</a> J. Med. Chem. 54, 1321-1332 (2011).</li><li>Abdelwahed, W., Degobert, G., Stainmesse, S., Fessi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Freeze-drying+of+nanoparticles:+Formulation,+process+and+storage+considerations.">Freeze-drying of nanoparticles: Formulation, process and storage considerations.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 58, 1688-1713 (2006).</li><li>Holzer, M., Vogel, V., M&#228;ntele, W., Schwartz, D., Haase, W., Langer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physico-chemical+characterisation+of+PLGA+nanoparticles+after+freeze-drying+and+storage.">Physico-chemical characterisation of PLGA nanoparticles after freeze-drying and storage.</a> European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. 72, 428-437 (2009).</li><li>Lee, M. K., Kim, M. Y., Kim, S., Lee, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cryoprotectants+for+Freeze+Drying+of+Drug+Nano-Suspensions:+Effect+of+Freezing+Rate.">Cryoprotectants for Freeze Drying of Drug Nano-Suspensions: Effect of Freezing Rate.</a> Journal of Pharmaceutical Sciences. 98, 4808-4817 (2009).</li><li>Wang, A. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofunctionalized+targeted+nanoparticles+for+therapeutic+applications.">Biofunctionalized targeted nanoparticles for therapeutic applications.</a> Expert opinion on biological therapy. 8, 1063-1070 (2008).</li><li>Jeong, B., Bae, Y. H., Kim, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+release+from+biodegradable+injectable+thermosensitive+hydrogel+of+PEG-PLGA-PEG+triblock+copolymers.">Drug release from biodegradable injectable thermosensitive hydrogel of PEG-PLGA-PEG triblock copolymers.</a> J. Control Release. 63, 155-163 (2000).</li><li>Gref, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradable+long-circulating+polymeric+nanospheres.">Biodegradable long-circulating polymeric nanospheres.</a> Science. 263, 1600-1603 (1994).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

الأسلوب nanoprecipitation باستخدام البوليمرات diblock المشترك يمثل بسيطة ، طريقة سريعة لمهندس النانوية البوليمرية. وتتكون النانوية الناتجة من مسعور الأساسية التي يمكن استخدامها لإيصال مركبات ضعيفة الذوبان. الطبقة السطحية للماء تمكن الذوبان المائي ممتازة مع توفير شاردة لمزيد...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> الكاشف </td><td> شركة </td><td> رقم كتالوج </td><td> تعليقات </td></tr><tr><td> EDC </td><td> الحرارية العلمية </td><td> 22980 </td><td> اقتران الكاشف </td></tr><tr><td> NHS </td><td> الحرارية العلمية </td><td> 24500 </td><td> اقتران الكاشف </td></tr><tr><td> الأمينات ، والربط بين الكاربوكسيلات </td><td> Laysan شركة بيو </td><td> NH2 - PEG - CM - 5000 </td><td> البوليمر (يمكن استخدام أي PEG ميغاواط ، يتم سرد 5000 هنا) </td></tr><tr><td> PLGA - carbxylate </td><td> Lactel </td><td> B6013 - 2 </td><td> البوليمر </td></tr><tr><td> ثنائي كلورو ميثان (DCM) </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 34856 </td><td> مذيب </td></tr><tr><td> أسيتونتريل&gt; نقاء 99 ٪ </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 34851 </td><td> مذيب </td></tr><tr><td> الميثانول&gt; نقاء 99 ٪ </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 34860 </td><td> غسل </td></tr></tbody></table>

formulation of diblock polymeric nanoparticles through nanoprecipitation technique

تكنولوجيا النانو هي فرع جديد نسبيا من العلم الذي ينطوي على تسخير الخصائص الفريدة من الجزيئات التي هي مقياس نانومتر في (النانوية). ويمكن هندستها النانوية بطريقة دقيقة حيث يمكن حجمها وتكوينها والكيمياء سطح مراقبتها بعناية. وهذا يتيح حرية غير مسبوقة لتعديل بعض الخصائص الأساسية لبضائعهم ، مثل الذوبان الانتشارية biodistribution الخصائص ، والإفراج ، والمناعية. منذ نشأتها ، وقد استخدمت النانوية في العديد من مجالات العلم والطب ، بما في ذلك تسليم المخدرات ، والتصوير ، وبيولوجيا الخلية 1-4. ومع ذلك ، فإنه لم يتم الاستفادة منها بالكامل خارج &quot;مختبرات تكنولوجيا النانو&quot; بسبب الحاجز التقني المتصورة. في هذه المقالة ، نحن تصف طريقة بسيطة لتجميع جزيئات النانو بوليمر منصة تستند إلى مجموعة واسعة من التطبيقات المحتملة. الخطوة الأولى هي توليف diblock شارك البوليمر الذي على حد سواء مجال مسعور وماء المجال. وباستخدام PLGA PEG كما البوليمرات النموذج ، وصفت لنا رد فعل الاقتران به EDC / NHS الكيمياء 5 (الشكل رقم 1). نناقش أيضا عملية تنقية البوليمر. يمكن توليفها diblock المشارك في البوليمر النانوية الذاتي التجمع في العملية من خلال nanoprecipitation مسعور ، ماء التفاعلات. جسيمات متناهية الصغر البوليمر وصف متعددة جدا. ويمكن الاستفادة من مسعور الأساسية للجسيمات متناهية الصغر لنقل المخدرات ضعيفة الذوبان لتسليم المخدرات experiments6. وعلاوة على ذلك ، يمكن للجزيئات التغلب على المشكلة من المذيبات السامة للذوبان سيئة الكواشف البيولوجيا الجزيئية ، مثل wortmannin ، الأمر الذي يتطلب من المذيبات مثل DMSO. ومع ذلك ، يمكن DMSO تكون سامة لخلايا وتتداخل مع التجربة. يمكن أن تكون هذه الأدوية والكواشف ضعيفة الذوبان تسليمها على نحو فعال باستخدام جزيئات البوليمر مع الحد الأدنى من السمية. ويمكن أيضا أن تكون جزيئات البوليمر محملة صبغة الفلورسنت وتستخدم للدراسات الاتجار داخل الخلايا. أخيرا ، يمكن لهذه الجسيمات النانوية البوليمر يكون مترافق لاستهداف يغاندس من خلال الربط السطح. ويمكن استخدام هذه الجسيمات النانوية المستهدفة لتسمية الحواتم محددة أو في الخلايا 70-10.

Watch this Scientific Journal Video about Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique at JoVE.com

Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique

توضح هذه المقالة أسلوب nanoprecipitation لتجميع جزيئات البوليمر المستندة إلى استخدام diblock شارك في البوليمرات. وسوف نناقش توليف diblock شارك في البوليمرات ، وتقنية nanoprecipitation والتطبيقات المحتملة.

صياغة النانوية Diblock البوليمر من خلال تقنيات Nanoprecipitation

Nanotechnology is a relatively new branch of science that involves harnessing the unique properties of particles that are nanometers in scale ...

formulation-diblock-polymeric-nanoparticles-through-nanoprecipitation

Research

JoVE Journal

Bioengineering

37.1K Views.  University of North Carolina School of Medicine. توضح هذه المقالة أسلوب nanoprecipitation لتجميع جزيئات البوليمر المستندة إلى استخدام diblock شارك في البوليمرات. وسوف نناقش توليف diblock شارك في البوليمرات ، وتقنية nanoprecipitation والتطبيقات المحتملة.

Video: Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a technology for regenerative medicine2. Unlike viruses, which have significant safety issues, polymeric nanoparticles can be designed to be non-toxic, non-immunogenic, non-mutagenic, easier to synthesize, chemically versatile, capable of carrying larger nucleic acid cargo and biodegradable and/or environmentally responsive. Cationic polymers self-assemble with negatively charged DNA via electrostatic interaction to form complexes on the order of 100 nm that are commonly termed polymeric nanoparticles. Examples of biomaterials used to form nanoscale polycationic gene delivery nanoparticles include polylysine, polyphosphoesters, poly(amidoamines)s and polyethylenimine (PEI), which is a non-degradable off-the-shelf cationic polymer commonly used for nucleic acid delivery1,3 . Poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are a newer class of cationic polymers4 that are hydrolytically degradable5,6 and have been shown to be effective at gene delivery to hard-to-transfect cell types such as human retinal endothelial cells (HRECs)7, mouse mammary epithelial cells8, human brain cancer cells9 and macrovascular (human umbilical vein, HUVECs) endothelial cells10.
A new protocol to characterize polymeric nanoparticles utilizing nanoparticle tracking analysis (NTA) is described. In this approach, both the particle size distribution and the distribution of the number of plasmids per particle are obtained11. In addition, a high-throughput 96-well plate transfection assay for rapid screening of the transfection efficacy of polymeric nanoparticles is presented. In this protocol, poly(beta-amino ester)s (PBAEs) are used as model polymers and human retinal endothelial cells (HRECs) are used as model human cells. This protocol can be easily adapted to evaluate any polymeric nanoparticle and any cell type of interest in a multi-well plate format.

A protocol for nanoparticle tracking analysis (NTA) and high-throughput flow cytometry to evaluate polymeric gene delivery nanoparticles is described. NTA is utilized to characterize the nanoparticle particle size distribution and the plasmid per particle distribution. High-throughput flow cytometry enables quantitative transfection efficacy evaluation for a library of gene delivery biomaterials.

تقييم توصيل الجينات البوليمرية الجسيمات النانوية من تحليل تتبع جسيمات متناهية الصغر وعالية الإنتاجية قياس التدفق الخلوي

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

Programming Stem Cells for Therapeutic Angiogenesis Using Biodegradable Polymeric Nanoparticles

Controlled vascular growth is critical for successful tissue regeneration and wound healing, as well as for treating ischemic diseases such as stroke, heart attack or peripheral arterial diseases. Direct delivery of angiogenic growth factors has the potential to stimulate new blood vessel growth, but is often associated with limitations such as lack of targeting and short half-life in vivo. Gene therapy offers an alternative approach by delivering genes encoding angiogenic factors, but often requires using virus, and is limited by safety concerns. Here we describe a recently developed strategy for stimulating vascular growth by programming stem cells to overexpress angiogenic factors in situ using biodegradable polymeric nanoparticles. Specifically our strategy utilized stem cells as delivery vehicles by taking advantage of their ability to migrate toward ischemic tissues in vivo. Using the optimized polymeric vectors, adipose-derived stem cells were modified to overexpress an angiogenic gene encoding vascular endothelial growth factor (VEGF). We described the processes for polymer synthesis, nanoparticle formation, transfecting stem cells in vitro, as well as methods for validating the efficacy of VEGF-expressing stem cells for promoting angiogenesis in a murine hindlimb ischemia model.

We describe the method of programming stem cells to overexpress therapeutic factors for angiogenesis using biodegradable polymeric nanoparticles. Processes described include polymer synthesis, transfecting adipose-derived stem cells in vitro, and validating the efficacy of programmed stem cells to promote angiogenesis in a murine hindlimb ischemia model.

الخلايا الجذعية العلاجية البرمجة لتكوين الأوعية الدموية عن طريق تحلل البوليمر النانوية

Controlled vascular growth is critical for successful tissue regeneration and wound healing, as well as for treating ischemic diseases such as stroke, ...

Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and used to dictate the shape as well as the diameter of a core stream.&#160;Grooves in the top and bottom of a microfluidic channel were designed to direct the sheath fluid and shape the core fluid.&#160;By matching the viscosity and hydrophilicity of the sheath and core fluids, the interfacial effects are minimized and complex fluid shapes can be formed.&#160;Controlling the relative flow rates of the sheath and core fluids determines the cross-sectional area of the core fluid.&#160;Fibers have been produced with sizes ranging from 300 nm to ~1 mm, and fiber cross-sections can be round, flat, square, or complex as in the case with double anchor fibers. Polymerization of the core fluid downstream from the shaping region solidifies the fibers.&#160;Photoinitiated click chemistries are well suited for rapid polymerization of the core fluid by irradiation with ultraviolet light.&#160;Fibers with a wide variety of shapes have been produced from a list of polymers including liquid crystals, poly(methylmethacrylate), thiol-ene and thiol-yne resins, polyethylene glycol, and hydrogel derivatives. Minimal shear during the shaping process and mild polymerization conditions also makes the fabrication process well suited for encapsulation of cells and other biological components.

Two adjacent fluids passing through a grooved microfluidic channel can be directed to form a sheath around a prepolymer core; thereby&#160;determining both shape and cross-section. Photoinitiated polymerization, such as thiol click chemistry, is well suited for rapidly solidifying the core fluid into a microfiber with predetermined size and shape.

تصنيع ميكروفلويديك من الألياف البوليمرية والحيوية مع الحجم والشكل المصمم مسبقا

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a photomask consisting of embedded micro-lenses. Embedded micro-lenses were found to influence MN geometry (sharpness). Robust MN arrays with tip diameters ranging between 41.5 &#181;m &#177; 8.4 &#181;m and 71.6 &#181;m &#177; 13.7 &#181;m, with two different lengths (1,336 &#181;m &#177; 193 &#181;m and 957 &#181;m &#177; 171 &#181;m) were fabricated. These MN arrays may provide potential applications in delivery of low molecular and macromolecular therapeutic agents through skin.

Here, we present a protocol describing a mold-free fabrication process of the polymeric microneedles by photolithography.

البوليمر تصنيع صفيف إبرة مجهرية من قبل الطباعة التصويرية

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial applications. Here we describe how electrospinning or electrospraying a polymer mixture containing a biodegradable, biocompatible aliphatic polyester (e.g., polycaprolactone and poly(lactide-co-glycolide)), as the major component, doped with a hydrophobic copolymer composed of the polyester and a stearate-modified poly(glycerol carbonate) affords a superhydrophobic biomaterial. The fabrication techniques of electrospinning or electrospraying provide the enhanced surface roughness and porosity on and within the fibers or the particles, respectively. The use of a low surface energy copolymer dopant that blends with the polyester and can be stably electrospun or electrosprayed affords these superhydrophobic materials. Important parameters such as fiber size, copolymer dopant composition and/or concentration, and their effects on wettability are discussed. This combination of polymer chemistry and process engineering affords a versatile approach to develop application-specific materials using scalable techniques, which are likely generalizable to a wider class of polymers for a variety of applications.

Two- and three-dimensional superhydrophobic polymeric materials are prepared by electrospinning or electrospraying biodegradable polymers blended with a lower surface energy polymer of similar composition.

افتعال فائقة الكره المواد البوليمرية للتطبيقات الطبية الحيوية

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Predicting Gene Silencing Through the Spatiotemporal Control of siRNA Release from Photo-responsive Polymeric Nanocarriers

New materials and methods are needed to better control the binding vs. release of nucleic acids for a wide range of applications that require the precise regulation of gene activity. In particular, novel stimuli-responsive materials with improved spatiotemporal control over gene expression would unlock translatable platforms in drug discovery and regenerative medicine technologies. Furthermore, an enhanced ability to control nucleic acid release from materials would enable the development of streamlined methods to predict nanocarrier efficacy a priori, leading to expedited screening of delivery vehicles. Herein, we present a protocol for predicting gene silencing efficiencies and achieving spatiotemporal control over gene expression through a modular photo-responsive nanocarrier system. Small interfering RNA (siRNA) is complexed with mPEG-b-poly(5-(3-(amino)propoxy)-2-nitrobenzyl methacrylate) (mPEG-b-P(APNBMA)) polymers to form stable nanocarriers that can be controlled with light to facilitate tunable, on/off siRNA release. We outline two complementary assays employing fluorescence correlation spectroscopy and gel electrophoresis for the accurate quantification of siRNA release from solutions mimicking intracellular environments. Information gained from these assays was incorporated into a simple RNA interference (RNAi) kinetic model to predict the dynamic silencing responses to various photo-stimulus conditions. In turn, these optimized irradiation conditions allowed refinement of a new protocol for spatiotemporally controlling gene silencing. This method can generate cellular patterns in gene expression with cell-to-cell resolution and no detectable off-target effects. Taken together, our approach offers an easy-to-use method for predicting dynamic changes in gene expression and precisely controlling siRNA activity in space and time. This set of assays can be readily adapted to test a wide variety of other stimuli-responsive systems in order to address key challenges pertinent to a multitude of applications in biomedical research and medicine.

We present a novel method that uses photo-responsive block copolymers for more efficient spatiotemporal control of gene silencing with no detectable off-target effects. Additionally, changes in gene expression can be predicted using straightforward siRNA release assays and simple kinetic modeling.

التنبؤ الجينات إسكات من خلال التحكم المكاني الزماني من سيرنا الافراج عن نانوكاريرز البوليمرية استجابة الصورة

New materials and methods are needed to better control the binding vs. release of nucleic acids for a wide range of applications that require the precise ...

Rapid, Scalable Assembly and Loading of Bioactive Proteins and Immunostimulants into Diverse Synthetic Nanocarriers Via Flash Nanoprecipitation

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging applications. This increased specificity can have significant clinical implications, including decreased side effects and lower dosages with higher potency. Furthermore, the in situ targeting and controlled modulation of specific cell subsets can enhance in vitro and in vivo investigations of basic biological phenomena and probe cell function. Unfortunately, the required expertise in nanoscale science, chemistry and engineering often prohibit laboratories without experience in these fields from fabricating and customizing nanomaterials as tools for their investigations or vehicles for their therapeutic strategies. Here, we provide protocols for the synthesis and scalable assembly of a versatile non-toxic block copolymer system amenable to the facile formation and loading of nanoscale vehicles for biomedical applications. Flash nanoprecipitation is presented as a methodology for rapid fabrication of diverse nanocarriers from poly(ethylene glycol)-bl-poly(propylene sulfide) copolymers. These protocols will allow laboratories with a wide range of expertise and resources to easily and reproducibly fabricate advanced nanocarrier delivery systems for their applications. The design and construction of an automated instrument that employs a high-speed syringe pump to facilitate the flash nanoprecipitation process and to allow enhanced control over the homogeneity, size, morphology and loading of polymersome nanocarriers is described.

Nanomaterials provide versatile mechanisms of controlled therapeutic delivery for both basic science and translational applications, but their fabrication often requires expertise that is unavailable in most biomedical laboratories. Here, we present protocols for the scalable fabrication and therapeutic loading of diverse self-assembled nanocarriers using flash nanoprecipitation.

الجمعية السريع، وقابلة للتطوير والتحميل من البروتينات النشطة بيولوجيا، وإيمونوستيمولانتس إلى نانوكاريرس الاصطناعية المتنوعة عبر نانوبريسيبيتيشن فلاش

Nanomaterials present a wide range of options to customize the controlled delivery of single and combined molecular payloads for therapeutic and imaging ...

Protein Kinase C-delta Inhibitor Peptide Formulation using Gold Nanoparticles

Protein kinase C-delta inhibitor (PKC&#948;i) is a promising drug to prevent ischemia-reperfusion-induced organ injury. It is usually conjugated to a cell-penetrating peptide, TAT, for intracellular delivery. However, TAT has shown non-specific biological activities. Gold nanoparticles (GNPs) can be used as drug delivery carriers without recognized toxicity. Therefore, we have used a GNP/peptide hybrid to deliver PKC&#948;i. Two short peptides (P2: CAAAAE and P4: CAAAAW), at a 95:5 ratio, were used to modify the surface properties of GNP. GNPs conjugated with PKC&#948;i (GNP/PKCi) are stable in distilled water, 0.9% NaCl, and phosphate-buffered saline (PBS) containing bovine serum albumin or fetal bovine serum. Intravenous injection of GNP-PKCi was previously shown to prevent ischemia-reperfusion injury of the lung. This article outlines a protocol to formulate GNP/PKCi and assess the physiochemical properties of GNP/PKCi. We have used similar methods to formulate other peptide-based drugs with GNP. This article will hopefully draw more attention to this novel intracellular drug delivery technology and its applications in vivo.

We have previously used a gold nanoparticle peptide hybrid to intravenously deliver a synthetic peptide, protein kinase C-delta inhibitor, which reduced ischemia-reperfusion-induced acute lung injury. Here we show the detailed protocol of the drug formulation. Other intracellular peptides can be formulated similarly.

البروتين كيناز ج-دلتا "الببتيد المانع صياغة" استخدام "الذهب جسيمات نانوية"

Protein kinase C-delta inhibitor (PKC&#948;i) is a promising drug to prevent ischemia-reperfusion-induced organ injury. It is usually conjugated to a ...

Flash NanoPrecipitation for the Encapsulation of Hydrophobic and Hydrophilic Compounds in Polymeric Nanoparticles

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can improve bioavailability and modify drug distribution within the body. For hydrophilic drugs like peptides or proteins, encapsulation within NPs can also provide protection from natural clearance mechanisms. There are few techniques for the production of polymeric NPs that are scalable. Flash NanoPrecipitation (FNP) is a process that uses engineered mixing geometries to produce NPs with narrow size distributions and tunable sizes between 30 and 400 nm. This protocol provides instructions on the laboratory-scale production of core-shell polymeric nanoparticles of a target size using FNP. The protocol can be implemented to encapsulate either hydrophilic or hydrophobic compounds with only minor modifications. The technique can be readily employed in the laboratory at milligram scale to screen formulations. Lead hits can directly be scaled up to gram- and kilogram-scale. As a continuous process, scale-up involves longer mixing process run time rather than translation to new process vessels. NPs produced by FNP are highly loaded with therapeutic, feature a dense stabilizing polymer brush, and have a size reproducibility of &#177; 6%.

Flash NanoPrecipitation (FNP) is a scalable approach to produce polymeric core-shell nanoparticles. Lab-scale formulations for the encapsulation of hydrophobic or hydrophilic therapeutics are described.

فلاش نانوبريسيبيتيشن لتغليف مركبات مسعور وماء في الجسيمات النانوية البوليمرية

The formulation of a therapeutic compound into nanoparticles (NPs) can impart unique properties. For poorly water-soluble drugs, NP formulations can ...

Preparation of Neutrally-charged, pH-responsive Polymeric Nanoparticles for Cytosolic siRNA Delivery

The success of siRNA as a targeted molecular medicine is dependent upon its efficient cytosolic delivery to cells within the tissue of pathology. Clinical success for treating previously &#8216;undruggable&#8217; hepatic disease targets with siRNA has been achieved. However, efficient tumor siRNA delivery necessitates additional pharmacokinetic design considerations, including long circulation time, evasion of clearance organs (e.g., liver and kidneys), and tumor penetration and retention. Here, we describe the preparation and in vitro physicochemical/biological characterization of polymeric nanoparticles designed for efficient siRNA delivery, particularly to non-hepatic tissues such as tumors. The siRNA nanoparticles are prepared by electrostatic complexation of siRNA and the diblock copolymer poly(ethylene glycol-b-[2-(dimethylamino)ethyl methacrylate-co-butyl methacrylate]) (PEG-DB) to form polyion complexes (polyplexes) where siRNA is sequestered within the polyplex core and PEG forms a hydrophilic, neutrally-charged corona. Moreover, the DB block becomes membrane-lytic as vesicles of the endolysosomal pathway acidify (&#60; pH 6.8), triggering endosomal escape and cytosolic delivery of siRNA. Methods to characterize the physicochemical characteristics of siRNA nanoparticles such as size, surface charge, particle morphology, and siRNA loading are described. Bioactivity of siRNA nanoparticles is measured using luciferase as a model gene in a rapid and high-throughput gene silencing assay. Designs which pass these initial tests (such as PEG-DB-based polyplexes) are considered appropriate for translation to preclinical animal studies assessing the delivery of siRNA to tumors or other sites of pathology.

Methods to prepare and characterize the physicochemical properties and bioactivity of neutrally-charged, pH-responsive siRNA nanoparticles are presented. Criteria for successful siRNA nanomedicines such as size, morphology, surface charge, siRNA loading, and gene silencing are discussed.

اعداد الحساسة المحايدة ، والتي تستجيب لدرجه الحموضة البوليمر النانويه لتسليم سيرتووليك siRNA

The success of siRNA as a targeted molecular medicine is dependent upon its efficient cytosolic delivery to cells within the tissue of pathology. Clinical ...