Diese Studie wurde von Farris Familie Innovation Award und NIH 1R01NR015674-01 zu MK unterstützt. Die Autoren danken Josep Nayfach (Qteris, Inc.) für ein elektromagnetisches Generatorsystem sowie seine technische Beratung bieten. Die Autoren danken auch Huan Yan (LCI &amp; Chemical Physics interdisziplinäres Programm, Kent State University) für ihre technische Assistenten.

Hinweis: Der Gesamtprozess der Magnetfeld-responsive Gelatine Mikrogele Herstellung ist in 1A dargestellt. 1. Vorbereiten Lösungen und Suspensionen <ol><li> Vorbereiten eines Vernetzers Genipin (1% w / v) Lösung von 20 mg von Genipin Auflösen in 2 ml phosphatgepufferter Kochsalzlösung (1x PBS; pH 7,4). Vortex die Lösung und in eine 50 ° C-Wasserbad für 2 h bis die Lösung vollständig auflösen. </li><li> Bereiten einer Tensidlösung um 20 mg Poly (ethylenglykol) Auflösen -Poly (propylenglykol) -Poly (ethylenglykol) (M w = 2900 Da; bezeichnet als L64) in 200 ml PBS bei einer Konzentration von 100 bis sein ppm. </li><li> Vorbereiten eines 15% (w / v) Gelatine-Lösung von 64,5 mg Gelatine in 0,43 ml PBS gelöst wird. Vortex die Lösung und legen Sie es auf Wasserbad bei 37 ° C, bis sie einen Sol-Phase erreicht, wo die Lösung wird fluidischen. Dann, Strudel der Gelatinelösung 2 - 3 mal ten, um sicherzustellen,e Homogenität der Probe. </li><li> Herstellung von p (NIPAM- Co -AAm) / MNP-Lösung mit einem Modellarzneistoff (BSA): <ol><li> Disperse 10,75 mg hydrophiler MNPs in 0,43 ml PBS und dann lösen sich 12,9 mg von p (NIPAM- zusammen -AAm) in dem MNP-Suspension, um die Konzentration von 3% machen (w / v). Die erhöhte Konzentration von p (NIPAM- -AAm CO) kann eine erhöhte Entquellung Verhalten von Mikrogelen zu erreichen verwendet werden. </li><li> Verwenden Sie Texas-Rot konjugierten Rinderserumalbumin (TR-BSA; M w ~ 66 kDa) als Modell Droge. Man löst 0,5 mg des TR-BSA in der Mischung von P (NIPAM- zusammen -AAm) / MNPs. </li></ol></li><li> Bereiten Mischungen von Gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNPs / BSA-Lösung (0,86 ml) durch Zugabe von Gemisch aus p (NIPAM- co -AAm) / MNPs (0,43 ml) in die Gelatine-Lösung (0,43 ml) und dann gründlich sie vortexen eine homogene Mischung zu bilden. Somit werden die Konzentrationen von Polymeren und MNP Hälfte der Anfangskonzentration in der Endmischung. </li></ol><ol><li> Gießen Sie 15 ml Silikonöl [Polydimethylsiloxan (Viskosität 350 cSt)] in einen sauberen und sterilen Becher. </li><li> Schnell in die vorbereitete wässrige Mischungen von Gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNPs / BSA-Lösung (0,86 ml) in das Silikonöl und Emulgieren der wässrigen Mischung in der Ölphase um 900 mit einem magnetischen Rührstab gerührt rpm bei 30 o C für 30 min. </li></ol> 3. Gelieren und Transfer von Mikrotröpfchen zu einer wässrigen Lösung <ol><li> Übertragen der Emulsion (~ 16 ml) von Becherglas in ein 50 ml Röhrchen. </li><li> Abkühlen der Röhrchen 10 min bei 4 ° C zum Gelieren der Mikrotröpfchen in der Öl. </li><li> Das Rohr wird mit der vorbereiteten L64-Lösung (bei ​​4 ° C) bis zu 50 ml und kräftig schütteln, um das Rohr. Es kann möglich sein, dass ein Teil L64 Tenside innerhalb der Mikrogele wäre. </li><li> Zentrifugieren Sie die Röhrchen für 20 Minuten bei 2300 × g bei 4 ° C </li><li> Regularly überprüfen auf die Anwesenheit des Pellets von Gelteilchen auf der Seite des Rohres. Wenn die Teilchen nicht zu sehen sind, zentrifugieren für weitere 20 min bei der gleichen Geschwindigkeit und Temperatur. Verfahren sorgfältig Überstand zu entfernen, ohne das Pellet an der Innenwand des Rohres gebildet stören. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte (3.3) bis (3.5) noch einmal. Jedes Mal, übertragen Sie die Probe in ein neues Röhrchen die Aufnahme eines Öltröpfchen in der Mikrogel-Suspension zu vermeiden. Nach diesem Schritt zu gewährleisten, daß Tenside oder Öltröpfchen in der Probensuspension nicht vorhanden. Jedoch können die wiederholte Trennungsschritte zum Verlust der Ausgangsmaterialien führen. </li></ol> 4. Die kovalente Vernetzung der Mikrogele <ol><li> 2 ml Genipin Lösung (hergestellt in Abschnitt 1) ​​zu dem Pellet von Gelteilchen und mischen sie gut durch die Lösung verwirbelt. </li><li> Schnell überweisen Sie den Schlauch der Suspension im Wasserbad bei 23 ° C eine kovalente Vernetzungsreaktion während einer des zu initiieren(. B. 5 bis 120 min) IRED Vernetzungszeit. </li><li> Nach der Vernetzung unverzüglich entfernen übermäßige Vernetzer durch die Genipin Lösung verwerfen, Resuspendieren der Mikrogele in PBS und Zentrifugieren der Röhrchen für 20 Minuten bei 2300 × g (4 ° C). Wenn nötig, vorsichtig auseinander brechen Pellet mit einer Pipettenspitze gebildet. Dieser Waschschritt kann bis zu 3-mal wiederholt werden, wenn die Genipin noch in der Lösung verbleibt. </li><li> Überstand verwerfen und Resuspendieren der Mikrogele in PBS in einer gewünschten Dichte (z. B. 5 × 10 6 Mikrogele / ml) durch die Anzahl mit einem Hämocytometer gezählt. </li><li> Zur mikroskopischen Beobachtungen, legen Sie das Mikrogel-Suspension in den Raum zwischen einem Objektträger und einem Deckglas und Dichtung die Grenze des Deckglases mit Epoxidharz. </li></ol> 5. Anwendung der magnetischen Wechselfeld für die Auslösung der Arzneimittelfreisetzung <ol><li> Das Röhrchen mit der gewünschten Konzentration der Mikrogele in wässrigen Mediendie Kammer von Magnetspulen. Falls erforderlich, legen Sie eine faseroptische Temperatursonde in das Rohr Temperaturänderung der Medien während der Anwendung von AMF zu überwachen. </li><li> Anwenden hoher Frequenz (&gt; 100 kHz) AMF an einer definierten Feldstärke (&gt; 5 kA / m) und für eine bestimmte Dauer. Nach dem Aufbringen der AMF, Zentrifuge das Probenröhrchen 20 min bei 2.273 × g (4 ° C) und sammle den Überstand die Menge der TR-BSA aus Mikrogel zu den umgebenden Medien freigesetzt zu quantifizieren Spektrophotometrie verwendet wird. Die Anregungs- und Emissionswellenlängen für Texas Rot sind 584 nm und 612 nm. </li></ol>

<ol>
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H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+nanoparticle+targeted+hyperthermia+of+cutaneous+Staphylococcus+aureus+infection.">Magnetic nanoparticle targeted hyperthermia of cutaneous Staphylococcus aureus infection.</a> Ann Biomed Eng. 41, 598-609 (2013).</li><li>Ivkov, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+high+amplitude+alternating+magnetic+fields+for+heat+induction+of+nanoparticles+localized+in+cancer.">Application of high amplitude alternating magnetic fields for heat induction of nanoparticles localized in cancer.</a> Clin Cancer Res. 11, 7093s-7103s (2005).</li><li>Huang, S., Fu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naturally+derived+materials-based+cell+and+drug+delivery+systems+in+skin+regeneration.">Naturally derived materials-based cell and drug delivery systems in skin regeneration.</a> J Control Release. 142, 149-159 (2010).</li><li>Malafaya, P. 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The authors have nothing to disclose.

Die hier beschriebene Technik veranschaulicht ein Proof of Concept für die Verwendung von Nanopartikel-Mikrogel Hybriden für magneto-thermisch ausgelöste Medikamentenfreisetzung. Dies wurde durch physikalisches Einschließen MNPs und p (NIPAM- co -AAm) Ketten innerhalb einer Mikro dreidimensionalen Netzwerk vernetzt Gelatine durch Genipin erreicht. Das Magnetfeld ansprechenden Plattform war ausreichend Wärme innerhalb des Mikrogels in Antwort auf ein fern angewendet AMF zu erzeugen, was wiederum die Freigab...

Stimuliresponsive Drug-Delivery-Systeme, die eine streng kontrollierte Medikamentenabgabe als Reaktion auf entweder endogener oder exogener Reize (z. B. Temperatur oder pH-Wert) ermöglicht wurden als neue Arten von Smart Soft Geräte zur Arzneimittelabgabe umfassend untersucht. Microscale Hydrogele sind als Drug-Delivery-Plattform in sehr beschäftigt, dass sie verleihen steuerbar und nachhaltige Arzneimittelfreisetzungsprofile sowie abstimmbaren chemischen und mechanischen Eigenschaften 1-3. Insbesondere zeigen die kolloidalen Mikrogele viele Vorteile als Vehikel zur Arzneimittelabgabe aufgrund ihrer schnellen Reaktionsfähigkeit auf äußere Reize und geeignet Injizierbarkeit zu lokalen Gewebe in einem minimal-invasive Art und Weise 4. Die Poly (N-isopropylacrylamid) (pNIPAM) oder deren Copolymere sind durch Pfropfen pNIPAM mit biologisch abbaubaren / biologisch verträglichen Polymeren, einschließlich Gelatine, Chitosan, Alginat Säure oder Hyaluronsäure bei der Synthese thermo-responsive Mikrogele weithin angenommen wurde 5,6Bei dem eine Phasenübergangscharakteristik pNIPAM an seinem unteren kritischen Lösungstemperatur (LCST) als Auslöser der Arzneimittelfreisetzung 7 verwendet werden. Wir haben kürzlich gezeigt, eine Herstellung von biologisch abbaubaren, auf Gelatinebasis thermo-responsive Mikrogel durch Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) [p (NIPAM- co -AAm)] Ketten als eine Nebenkomponente in dreidimensionale Netzwerke Gelatine 8 enthält. Die Gelatine / p (NIPAM- co -AAm) Mikrogel einen abstimmbaren Entquellung zu Temperaturanstieg zeigten, die zur Freisetzung von Rinderserumalbumin (BSA) positiv korreliert. Während der letzten Jahre gab es Bemühungen zugenommen eine magnetisch reagierende Drug-Delivery-Plattform zu entwickeln, die die Freisetzung des Arzneimittels in einem On-Demand-Mode 9,10 auslösen können. Das Grundprinzip für die Synthese von magnetisch ansprechenden Arzneimittelabgabeplattform nutzt die Eigenschaft von superparamagnetischen Nanopartikel (MNP) Wärme zu erzeugen, wenn sie eine Hochfrequenz-Wechselmagnetfeld (AMF) erhalten, die eine temperaturempfindliche Wirkstofffreisetzung auslöst. Dies hält Versprechen für zukünftige klinische Anwendungen, da dieses System tief in das Zielgewebe kann, ermöglicht eine nicht-invasive und fernWirkstoffFreisetzung gesteuert und kann mit Hyperthermiebehandlung und Magnetresonanz-Bildgebungssystem 10-12 kombiniert werden. Solche Plattformen sind: (1) MNPs / pNIPAM Hybrid Mikrogelteilchen 13-15 und (2) makroskopischen Hydrogel Gerüste immobilisiert MNPs 16-18 enthält. Die pNIPAM basierte Mikrogel Plattformen zeigte eine fein abstimmbaren Volumenphasenübergangsreaktionsfähigkeit auf magneto-thermische Reize. Allerdings setzen sie noch auf komplexe und anspruchsvolle Techniken bei der Herstellung und der Verwendung von pNIPAM Polymere mit einem hohen Gehalt kann potentiell an Zellen 19 zytotoxisch werden, die ihre in vivo-Anwendungen einschränken. Die makroskopischen Gerüste weisen eine relativlangsame Reaktion ly auf äußere Reize und erfordern eine invasive chirurgische Transplantation im Vergleich zu kolloidalen Mikrogele. Die Wasser-in-Öl-Emulsion ist die Standardmethode gewesen Submillimeter oder mikrometergroße Gel zu produzieren 20 Teilchen. An der Wasser-Öl-Grenzfläche der Emulsion bildet Mikrogel Teilchen eine Kugelform aufgrund der Minimierung der Oberflächenenergie des Wassertropfens unter mechanischer Scherkraft. Dieses Verfahren erlaubt die Herstellung einer großen Menge an wässriger kugelförmige Gel-Tröpfchen in einem einfachen Herstellungsverfahren und wurde für die Herstellung von Gelatinebasis Mikrogele zur Arzneimittelabgabe-Anwendungen 21-23 erfolgreich angenommen. Hier präsentieren wir eine einfache Methode, um eine magnetothermally reagiert auf Gelatinebasis Mikrogele für Drug-Delivery-Anwendung zu synthetisieren, indem das Wasser-in-Öl-Emulsionsverfahren verwendet. Dies wurde durch physisch enthalten Eisenoxid MNPs und p (NIPAM- Co erreicht -AAm) -Ketten als Nebenkomponente in einem kugelförmigen Mikro Gelatine Netzwerk, das kovalent durch eine natürlich abgeleitete Vernetzungsmittel Genipin vernetzt ist, in Verbindung mit einem Hochfrequenz-Wechselmagnetfeld (AMF) Anwendungssystem.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="706">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gelatin</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td style="width:119px;">G2500</td>
			<td style="width:167px;">Gelatin type A, porcine skin</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)&#160;</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>738727</td>
			<td>MW=20,000, LCST=34-38 oC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silicon oil</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>378372</td>
			<td>Viscosity 350 cSt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pluoronic L64</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td style="width:119px;">435449</td>
			<td>100 ppm poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:216px;">genipin</td>
			<td style="width:204px;">TimTec LLC, DE, USA</td>
			<td>ST080860</td>
			<td>Mw = 226.23;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Magnetic nanoparticles (MNPs)</td>
			<td style="width:204px;">Micromod Inc, Germany</td>
			<td>79-00-102</td>
			<td>nanomag-D-spio, 100 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TR-BSA</td>
			<td style="width:204px;">Life Technologies, NY USA</td>
			<td>A23017</td>
			<td>Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

alternating magnetic field-responsive hybrid gelatin microgels for controlled drug release

Magnetisch reagierende Nano / Mikro-engineered Biomaterialien, die eine streng kontrolliert, On-Demand-Arzneimittelabgabe ermöglichen wurden als neue Arten von Smart Soft Geräte für biomedizinische Anwendungen entwickelt. Obwohl eine Reihe von magnetisch ansprechenden Arzneimittelabgabesysteme Wirksamkeiten entweder durch in vitro Nachweis der Konzeptstudien oder in vivo präklinischen Anwendungen gezeigt haben, im klinischen Umfeld ihre Verwendung ist durch ihre unzureichende biologische Abbaubarkeit oder Biokompatibilität noch begrenzt. Darüber hinaus verlassen sich viele der bestehenden Plattformen, auf ausgeklügelte Techniken für ihre Erfindungen. Wir haben kürzlich gezeigt, die Herstellung von biologisch abbaubaren, auf Gelatinebasis thermo-responsive Mikrogel durch physikalisches Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) -Ketten als Nebenkomponente in einem dreidimensionalen Netzwerk Gelatine Einschließen. In dieser Studie stellen wir ein einfaches Verfahren ein biologisch abbaubares Wirkstofffreisetzung Plattform herzustellen, die eine magneto-T ermöglichthermally ausgelöst Wirkstofffreisetzung. Dies wurde durch den Einbau von superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikel und thermo-responsive Polymere innerhalb Gelatine basierenden kolloidalen Mikrogele, in Verbindung mit einem magnetischen Wechselfeld Applikationssystem erreicht.

Wenn das Protokoll korrekt durchgeführt wird, sollten die hergestellten Mikrogele zeigen eine gut charakterisierten sphärischen Morphologie und kolloidalen Dispergierbarkeit mit Durchmessern im Bereich zwischen 5 um bis 20 um (1B und C). Entweder fluoreszierenden MNPs oder fluoreszierende BSA kann verwendet werden, um zu bestätigen, ob MNP oder Drogen (BSA in dieser Studie) innerhalb des Mikrogels richtig verkapselt (1D). Die hergestellten Mikrogele k...

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Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetisches Wechselfeld-Responsive Hybrid Gelatine Mikrogele der gezielten Medikamentenapplikation

Wir präsentieren eine einfache Methode, um eine biologisch abbaubare Gelatine-basierte Wirkstofffreisetzung Plattform herzustellen, die magneto-thermisch anspricht. Dies wurde durch den Einbau von superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikel und Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) innerhalb eines kugelförmigen Gelatinemikro Netzwerk von Genipin, System in Verbindung mit einem magnetischen Wechselfeld Anwendung vernetzt erreicht.

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.7K Aufrufe.  Kent State University.  Wir präsentieren eine einfache Methode, um eine biologisch abbaubare Gelatine-basierte Wirkstofffreisetzung Plattform herzustellen, die magneto-thermisch anspricht. Dies wurde durch den Einbau von superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikel und Poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) innerhalb eines kugelförmigen Gelatinemikro Netzwerk von Genipin, System in Verbindung mit einem magnetischen Wechselfeld Anwendung vernetzt erreicht. 

Serie: Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Magnetically-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Deflection under Magnetic Resonance Imaging

X-ray fluoroscopy-guided endovascular procedures have several significant limitations, including difficult catheter navigation and use of ionizing radiation, which can potentially be overcome using a magnetically steerable catheter under MR guidance.
	The main goal of this work is to develop a microcatheter whose tip can be remotely controlled using the magnetic field of the MR scanner. This protocol aims to describe the procedures for applying current to the microcoil-tipped microcatheter to produce consistent and controllable deflections.
	A microcoil was fabricated using laser lathe lithography onto a polyimide-tipped endovascular catheter. In vitro testing was performed in a waterbath and vessel phantom under the guidance of a 1.5-T MR system using steady-state free precession (SSFP) sequencing. Various amounts of current were applied to the coils of the microcatheter to produce measureable tip deflections and navigate in vascular phantoms.
	The development of this device provides a platform for future testing and opportunity to revolutionize the endovascular interventional MRI environment.

Current applied to an endovascular microcatheter with microcoil tip made by laser lathe lithography can achieve controllable deflections under magnetic resonance (MR) guidance, which may improve speed and efficacy of navigation of vasculature during various endovascular procedures.

Magnetisch-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Durchbiegung unter Magnetic Resonance Imaging

X-ray fluoroscopy-guided  endovascular procedures have several significant limitations, including  difficult catheter navigation and use of ionizing ...

Forschung

Biotechnik

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer several advantages over traditional microsphere fabrication techniques. Contrary to emulsion, suspension, and dispersion techniques, microgels formed by precipitation are of uniform shape and size, i.e.&#160;low polydispersity index, without the use of organic solvents or stabilizers. The mild conditions of the precipitation reaction, customizable properties of the microgels, and low viscosity for injections make them applicable for in vivo purposes. Unlike other fabrication techniques, microgel characteristics can be modified by changing the starting polymer molecular weight. Increasing the starting PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Further modifications are suggested such as encapsulating molecules during microgel crosslinking. Simple adaptations to the PEG microgel building blocks are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Increasing the PEG molecular weight increased microgel diameter and swelling ratio. Simple adaptations to the PEG microgel precipitation reaction are explored for future applications of microgels as drug delivery vehicles and tissue engineering scaffolds.

Merkmale der Niederschlag gebildet Polyethylene Glycol-Mikrogele durch Molekulargewicht der Reaktanden Controlled

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to assess the biodistribution of novel probes and to assess disease progression using established molecular probes or reporter genes. The combination with an anatomical modality, e.g., micro computed tomography (&#181;CT), is beneficial for image analysis and for fluorescence reconstruction. We describe a protocol for multimodal &#181;CT-FMT imaging including the image processing steps necessary to extract quantitative measurements. After preparing the mice and performing the imaging, the multimodal data sets are registered. Subsequently, an improved fluorescence reconstruction is performed, which takes into account the shape of the mouse. For quantitative analysis, organ segmentations are generated based on the anatomical data using our interactive segmentation tool. Finally, the biodistribution curves are generated using a batch-processing feature. We show the applicability of the method by assessing the biodistribution of a well-known probe that binds to bones and joints.

Hybrid  &#181;CT-FMT imaging and image analysis

We describe a protocol for hybrid imaging, combining fluorescence-mediated tomography (FMT) with micro computed tomography (&#181;CT). After fusion and reconstruction, we perform interactive organ segmentation to extract quantitative measurements of the fluorescence distribution.

Hybrid μCT-FMT-Bildgebung und Bildanalyse

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect resulting in significant reductions in systemic toxicity. Nonetheless, insufficient release of encapsulated drug from liposomes has limited their clinical efficacy. Temperature-sensitive liposomes have been engineered to provide site-specific release of drug in order to overcome the problem of limited tumor drug bioavailability. Our lab has designed and developed a heat-activated thermosensitive liposome formulation of cisplatin (CDDP), known as HTLC, to provide triggered release of CDDP at solid tumors. Heat-activated delivery in vivo was achieved in murine models using a custom-built laser-based heating apparatus that provides a conformal heating pattern at the tumor site as confirmed by MR thermometry (MRT). A fiber optic temperature monitoring device was used to measure the temperature in real-time during the entire heating period with online adjustment of heat delivery by alternating the laser power. Drug delivery was optimized under magnetic resonance (MR) image guidance by co-encapsulation of an MR contrast agent (i.e.,&#160;gadoteridol) along with CDDP into the thermosensitive liposomes as a means to validate the heating protocol and to assess tumor accumulation. The heating protocol consisted of a preheating period of 5 min prior to administration of HTLC and 20 min heating post-injection. This heating protocol resulted in effective release of the encapsulated agents with the highest MR signal change observed in the heated tumor in comparison to the unheated tumor and muscle. This study demonstrated the successful application of the laser-based heating apparatus for preclinical thermosensitive liposome development and the importance of MR-guided validation of the heating protocol for optimization of drug delivery.

AN MRI-compatible&#160;custom-designed laser-based heating apparatus has been developed to provide local heating of subcutaneous tumors in order to activate release of agents from thermosensitive liposomes specifically at the tumor region.

Kundenspezifische Laser-basierte Heizvorrichtung zum ausgelöste Freisetzung von Cisplatin von wärmeempfindlichen Liposomen mit Magnet-Resonanz-Bild Anleitung

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

Composite Scaffolds of Interfacial Polyelectrolyte Fibers for Temporally Controlled Release of Biomolecules

Various scaffolds used in tissue engineering require a controlled biochemical environment to mimic the physiological cell niche. Interfacial polyelectrolyte complexation (IPC) fibers can be used for controlled delivery of various biological agents such as small molecule drugs, cells, proteins and growth factors. The simplicity of the methodology in making IPC fibers gives flexibility in its application for controlled biomolecule delivery. Here, we describe a method of incorporating IPC fibers into two different polymeric scaffolds, hydrophilic polysaccharide and hydrophobic polycaprolactone, to create a multi-component composite scaffold. We showed that IPC fibers can be easily embedded into these polymeric structures, enhancing the capability for sustained release and improved preservation of biomolecules. We also created a composite polymeric scaffold with topographical cues and sustained biochemical release that can have synergistic effects on cell behavior. Composite polymeric scaffolds with IPC fibers represent a novel and simple method of recreating the cellular niche.

Scaffolds for tissue engineering need to recapitulate the complex biochemical and biophysical microenvironment of the cellular niche. Here, we show the use of interfacial polyelectrolyte complexation fibers as a platform to create composite, multi-component polymeric scaffolds with sustained biochemical release.

Verbund Scaffolds für Grenzflächen Polyelectrolyte Fasern für zeitlich kontrollierte Freisetzung von Biomolekülen

Various scaffolds used in tissue engineering require a controlled biochemical environment to mimic the physiological cell niche. Interfacial ...

Magnetic and Thermal-sensitive Poly(N-isopropylacrylamide)-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

Magnetically and thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/Fe3O4-NH2 microgels with the encapsulated anti-cancer drug curcumin (Cur) were designed and fabricated for magnetically triggered release. PNIPAAm-based magnetic microgels with a spherical structure were produced via a temperature-induced emulsion followed with physical-crosslinking by mixing PNIPAAm, polyethylenimine (PEI), and Fe3O4-NH2 magnetic nanoparticles. Because of their dispersity, the Fe3O4-NH2 nanoparticles were embedded inside the polymer matrix. The amine groups exposed on the Fe3O4-NH2 and PEI surface supported the spherical structure by physically crosslinking with the amide groups of the PNIPAAm. The hydrophobic anti-cancer drug curcumin can be dispersed in water after encapsulation into the microgels. The microgels were characterized by transmission electron microscopy (TEM), Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), and UV-Vis spectral analysis. Furthermore, magnetically triggered release was studied under an external high frequency magnetic field (HFMF). A significant &#34;burst release&#34; of curcumin was observed after applying the HFMF to the microgels due to the magnetic inductive heating (hyperthermia) effect. This manuscript describes the magnetically triggered controlled release of Cur-PNIPAAm/Fe3O4-NH2 encapsulated curcumin, which can be potentially applied for tumor therapy.

Magnetic and Thermal-sensitive PolyN-isopropylacrylamide-based Microgels for Magnetically Triggered Controlled Release

This manuscript describes the preparation of magnetic and thermal-sensitive microgels via a temperature-induced emulsion without chemical reaction. These sensitive microgels were synthesized by mixing poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), polyethylenimine (PEI) and Fe3O4-NH2 nanoparticles for the potential use in magnetically and thermally triggered drug-release.

Magnetisches und thermisch empfindliches Poly (<em&gt; N.</em&gt; -isopropylacrylamid) -basierte Mikrogele für die magnetisch getriggerte kontrollierte Freisetzung

Magnetically and thermally sensitive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm)/Fe3O4-NH2 microgels with the encapsulated anti-cancer drug curcumin (Cur) were ...

Repressing Gene Transcription by Redirecting Cellular Machinery with Chemical Epigenetic Modifiers

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene expression regulation are commonly disrupted in many diseases, a locus-specific, endogenous, and reversible method to study and control these mechanisms of action has been lacking. To address this issue, we have developed and characterized novel gene-regulating bifunctional molecules. One component of the bifunctional molecule binds to a DNA-protein anchor so that it will be recruited to an allele-specific locus. The other component engages endogenous cellular chromatin-modifying machinery, recruiting these proteins to a gene of interest. These small molecules, called chemical epigenetic modifiers (CEMs), are capable of controlling gene expression and the chromatin environment in a dose-dependent and reversible manner. Here, we detail a CEM approach and its application to decrease gene expression and histone tail acetylation at a Green Fluorescent Protein (GFP) reporter located at the Oct4 locus in mouse embryonic stem cells (mESCs). We characterize the lead CEM (CEM23) using fluorescent microscopy, flow cytometry, and chromatin immunoprecipitation (ChIP), followed by a quantitative polymerase chain reaction (qPCR). While the power of this system is demonstrated at the Oct4 locus, conceptually, the CEM technology is modular and can be applied in other cell types and at other genomic loci.

Regulation of the chromatin environment is an essential process required for proper gene expression. Here, we describe a method for controlling gene expression through the recruitment of chromatin-modifying machinery in a gene-specific and reversible manner.

Gentranskription durch Umleiten zellulären Maschinerie mit chemischen epigenetische Modifikatoren zu unterdrücken

Regulation of chromatin compaction is an important process that governs gene expression in higher eukaryotes. Although chromatin compaction and gene ...

Use of High-Throughput Automated Microbioreactor System for Production of Model IgG1 in CHO Cells

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of experimental conditions while minimizing potential process variability. Applications of this approach include: clone screening, temperature and pH shifts,&#160;media and supplement optimization. Furthermore, the small reactor volumes are conducive to large Design of Experiments that investigate a wide range of conditions. This allows upstream processes to be significantly optimized before scale-up where experimentation is more limited in scope due to time and economic constraints. Automated microscale bioreactor systems offer various advantages over traditional small scale cell culture units, such as shake flasks or spinner flasks. However, during pilot scale process development&#160;significant care must be taken to ensure that these advantages are realized. When run with care, the system can enable high level automation, can be programmed to run DOE&#39;s with a higher number of variables&#160;and can reduce sampling time when integrated with a nutrient analyzer or cell counter. Integration of the expert-derived heuristics presented here, with current automated microscale bioreactor experiments can minimize common pitfalls that hinder meaningful results. In the extreme, failure to adhere to the principles laid out here can lead to equipment damage that requires expensive repairs. Furthermore, the microbioreactor systems have small culture volumes&#160;making characterization of cell culture conditions difficult. The number and amount of samples taken in-process in batch mode culture is limited as operating volumes cannot fall below 10 mL. This method will discuss the benefits and drawbacks of microscale bioreactor systems.

A detailed protocol for the concurrent operation of 48 parallel cell cultures under varied conditions in a microbioreactor system is presented. Cell culture process, harvest and subsequent antibody titer analysis are described.

Einsatz von Hochdurchsatz-automatisierte Microbioreactor-System für die Produktion des Modells IgG1 in CHO-Zellen

Automated microscale bioreactors (15 mL) can be a useful tool for cell culture engineers. They facilitate the simultaneous execution of a wide variety of ...

Wet-spinning-based Molding Process of Gelatin for Tissue Regeneration

This article presents an inexpensive method to fabricate gelatin, as a natural polymer, into monofilament fibers or other appropriate forms. Through the wet spinning method, gelatin fibers are produced by smooth extrusion in a suitable coagulation medium. To increase the functional surface of these gelatin fibers and their ability to mimic the features of tissues, gelatin can be molded into a tube form by referring to this concept. Examined by in vitro and in vivo tests, the gelatin tubes demonstrate a great potential for application in tissue engineering. Acting as a suitable filling gap material, gelatin tubes can be used to substitute the tissue in the damaged area (e.g., in the nervous or cardiovascular system), as well as to promote regeneration by providing a direct replacement of stem cells and neural circuitry. This protocol provides a detailed procedure for creating a biomaterial based on a natural polymer, and its implementation is expected to greatly benefit the development of correlative natural polymers, which help to realize tissue regeneration strategies.

We developed and describe a protocol based on the wet spinning concept, for the construction of gelatin-based biomaterials used for the application of tissue engineering.

Nass-Spinnen-basierte Spritzgießprozess Gelatine für die Geweberegeneration

This article presents an inexpensive method to fabricate gelatin, as a natural polymer, into monofilament fibers or other appropriate forms. Through the ...

Primary Clarification of CHO Harvested Cell Culture Fluid using an Acoustic Separator

Primary clarification is an essential step in a biomanufacturing process for the initial removal of cells from therapeutic products within the harvested cell culture fluid. While traditional methods like centrifugation or filtration are widely implemented for cell removal, the equipment for these processes have large footprints and operation can involve contamination risks and filter fouling. Additionally, traditional methods may not be ideal for continuous bioprocessing schemes for primary clarification. Thus, an alternate application using acoustic (sound) waves was investigated to continuously separate cells from the cell culture fluid. Presented in this study is a detailed protocol for using a bench-scale acoustic wave separator (AWS) for the primary separation of culture fluid containing a monoclonal IgG1 antibody from a CHO cell bioreactor harvest. Representative data are presented from the AWS and demonstrate how to achieve effective cell clarification and product recovery. Finally, potential applications for AWS in continuous bioprocessing are discussed. Overall, this study provides a practical and general protocol for the implementation of AWS in primary clarification for CHO cell cultures and further describes its application potential in continuous bioprocessing.

Presented here is a protocol for the primary clarification of CHO cell culture using an acoustic separator. This protocol can be used for the primary clarification of shake flask cultures or bioreactor harvests and has the potential application for continuous clarification of the cell bleed material during perfusion bioreactor operations.

Primärklärung der CHO geernteten Zellkulturflüssigkeit mittels eines akustischen Separators

Primary clarification is an essential step in a biomanufacturing process for the initial removal of cells from therapeutic products within the harvested ...

Magnetisches Wechselfeld-Responsive Hybrid Gelatine Mikrogele der gezielten Medikamentenapplikation

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