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Method Article
En este artículo, un método de alto rendimiento se presenta para la síntesis de oligosacáridos y su fijación a la superficie de las nanopartículas polianhídrido para su uso posterior en la orientación de receptores específicos en las células presentadoras de antígenos.
Enfoques transdisciplinarios que involucran áreas como el diseño de materiales, la nanotecnología, la química y la inmunología que se utilizarán para diseñar racionalmente los transportistas vacunas eficaces. Basados en nanopartículas plataformas puede prolongar la persistencia de los antígenos de la vacuna, lo que podría mejorar la vacuna contra la inmunogenicidad 1. Varios polímeros biodegradables se han estudiado como vehículos de entrega de vacunas 1; en particular, las partículas de polianhídrido han demostrado la capacidad para proporcionar una liberación sostenida de antígenos proteicos estables y para activar las células presentadoras de antígenos y modular la respuesta inmune 2-12.
El diseño molecular de estos portadores de vacunas necesita para integrar la selección racional de las propiedades del polímero, así como la incorporación de agentes adecuados de focalización. De fabricación de alto rendimiento automatizado de los ligandos y partículas funcionalizadas es una potente herramienta que aumentará la capacidad para estudiar una amplia range de las propiedades y se traducirá en el diseño de dispositivos de administración de vacunas reproducibles.
La adición de ligandos capaces de ser reconocida por receptores específicos en las células del sistema inmune se ha demostrado que modulan la respuesta inmune y adaptar 10,11,13 C-receptores de tipo lectina (CLR) son los receptores de reconocimiento de patrones (RRP), que reconocen los hidratos de carbono presentes en el superficie de patógenos. La estimulación de células inmunes a través de CLR permite la internalización mejorada de antígeno y posterior presentación para la activación de células T más 14,15. Por lo tanto, las moléculas de hidratos de carbono juegan un papel importante en el estudio de las respuestas inmunes, sin embargo, el uso de estas biomoléculas menudo sufre de la falta de disponibilidad de estructuralmente bien definidos y los hidratos de carbono puro. Una plataforma de automatización basada en un proceso iterativo fase de solución reacciones pueden permitir la síntesis rápida y controlada de estas moléculas sintéticamente desafiantes con b significativamente menoronstruyendo cantidades de bloques que los tradicionales métodos en fase sólida 16,17.
Aquí nos presenta un protocolo para la solución automatizada de la síntesis en fase de oligosacáridos como la manosa-basados en ligandos con fluorosa extracción en fase sólida para la purificación intermedia. Después del desarrollo de métodos automatizados para hacer que el agente de carbohidratos selección de base, se describen métodos para su fijación en la superficie de polianhídrido nanopartículas empleando un conjunto robótico automatizado hasta operado por LabVIEW como se ha descrito previamente 10. Funcionalización de superficies con los hidratos de carbono ha demostrado su eficacia en la orientación CLR 10,11 y aumentar el rendimiento del método de fabricación para descubrir las complejidades asociadas con un sistema multi-paramétrico será de gran valor (Figura 1a).
1. Hidratos de carbono de alto rendimiento Síntesis
2. De alto rendimiento funcionalización superficial de nanopartículas
Notas: * Los volúmenes de deposición varía con la masa de nanopartículas contenidas en cada tubo.
Veces ** de reacción para las reacciones primera y segunda se puede cambiar para ajustar la concentración de sacárido final.
*** Cada sacárido se deposita en tubos de ensayo en función del grupo que desee.
**** Para la reacción específica empleada en este estudio para la unión de los hidratos de carbono, ácido glicólico se utiliza como un control de enlazador desde sacáridos desprotegidos ya tienen esta molécula unida covalentemente, que permite una unión más a la superficie de las nanopartículas.
3. Los resultados representativos
El útildimannoside ly protegido se muestra en la Figura 2 se sintetizó utilizando la plataforma de automatización. El compuesto sintetizado se caracterizó por 1 H RMN en un espectrómetro VXR 400 MHz usando CDCl $ 3 como disolvente. El espectro de RMN se muestra en la Figura 3.
Utilizando la fabricación de nanopartículas de alto rendimiento y funcionalización de nanopartículas polianhídrido se describe aquí, la unión de lactosa dimannose, y galactosa se ha llevado a cabo con éxito 10, 11. Utilizando esta configuración, las condiciones óptimas de reacción (es decir, temperatura de reacción y el tiempo) se identificaron para lograr funcionalización deseada nanopartículas y morfología. Cuando la reacción se llevó a cabo a 4 ° C en lugar de la temperatura ambiente, una reducción en la agregación de nanopartículas se observó por SEM (datos no presentados). La Tabla 1 muestra los resultados representativos de la caracterización de CPTEG 50:50 funcionalizado CPH: nanopartículas, ya sea con di-manosa olactosa, sintetizado a 4 ° C. Los datos indican un pequeño aumento en el diámetro promedio de nanopartículas, debido a la funcionalización. Mientras que las nanopartículas no funcionalizados tenía un potencial zeta negativo de aprox. -20 MV, las partículas funcionalizadas mostró un valor positivo del potencial zeta, lo que demuestra el éxito de la funcionalización de la superficie de las nanopartículas. La lactosa y di-manosa son azúcares neutros, sin embargo, los grupos amina libres de la etilendiamina enlazador utilizados para unir los sacáridos pueden ser responsables de la potencial zeta positivo.
El tiempo de reacción es otra variable que podría afectar tanto a la morfología final de las nanopartículas y el grado de unión del azúcar alcanzado. Al ajustar el tiempo de reacción, la concentración final de azúcar unido a la superficie nanopartículas pueden controlarse como se muestra en la Figura 4A. Como se esperaba, la concentración de dimannose en la superficie de 50:50 CPTEG: CPH nanopartículas aumentó conel tiempo total de reacción y alcanzó un máximo después de 18 h. Las nanopartículas funcionalizadas con el tiempo de reacción total de 24 horas se utilizaron para evaluar la posibilidad de dirigir CLR en el mouse de la médula ósea derivados de las células dendríticas (DC). La citometría de flujo se utilizó para evaluar la expresión de dos receptores CL (es decir, CIRE (CD209, la DC-SIGN) y el receptor de manosa (CD206)) después de la estimulación con no funcionalizado, y la lactosa y di-manosa nanopartículas funcionalizadas (Figura 4B). Una mayor expresión de ambos receptores, que es un indicativo de focalización eficaz, se obtuvo cuando las células se estimularon con ambos lactosa y di-manosa nanopartículas funcionalizados. Sin embargo, di-manosa-funcionalizados partículas mostraron un mayor nivel de expresión que indica una especificidad de este ligando para los receptores que se estudiaron.
Nanopartículas de tipo | Diámetro medio de partícula (nm) | Avenidala rabia de partículas ζ-potencial (mV) |
No funcionalizado | 162 ± 43 | -20 ± 0,6 |
Lactosa | 235 ± 34 | 26 ± 2,4 |
Di-manosa | 243 ± 32 | 30 ± 4,2 |
Tabla 1. Caracterización de las nanopartículas. No funcionalizado y funcionalizado se caracteriza por la dispersión de luz cuasi-elástica y las mediciones de potencial zeta. Los datos del tamaño de partícula representan el valor medio ± desviación estándar (DE) de la dinámica de los datos de dispersión de luz obtenidos en tres experimentos independientes. Datos de potencial zeta representan el valor medio ± desviación estándar de tres mediciones independientes. Cambio en el signo del potencial zeta demuestra que el azúcar era eficiente conjugado con el CPTEG 50:50: superficie de las nanopartículas CPH.
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Figura 1. (A) Representación gráfica de la aproximación a cabo con la funcionalización de las nanopartículas de hidratos de carbono polianhídrido y un ejemplo de las bibliotecas de nanopartículas funcionalizadas que podrían ser diseñadas con el descrito enfoque de alto rendimiento. (B) Representación esquemática del aparato de deposición automatizado utilizado para funcionalización de partículas, que consiste en (i) tres NE 1000 bombas, (ii) una etapa robótico integrado por dos actuadores (Zaber): uno para el movimiento en la dirección x, y el otro para el movimiento en la dirección y, (iii) una segunda etapa robótico con dos bastidores adyacentes (apropiado para tubos y cubetas) que consta de tres actuadores, uno para cada dirección (x, y, z). Las bombas y un total de cinco actuadores están conectados en serie. Los actuadores y bombas son accionadas por un ordenador utilizando el software LabVIEW. Este diagrama no está a escala.arge.jpg "target =" _blank "> Haga clic aquí para ver más grande figura.
Figura 2. Representación gráfica de la automatizado iterativo síntesis de hidratos de carbono utilizando manosa como un ejemplo.
Figura 3. 1 H RMN de la dimannoside protegido.
Figura 4 (A). Efecto del tiempo de reacción sobre la concentración de nanopartículas superficie de sacárido. En los datos mostrados, 50:50 CPTEG: nanopartículas CPH se funcionalizado con dimannose a diferentes tiempos de reacción y la reacción se llevó a cabo a 4 ° C. El error medio y estándar de dos experimentos independientes de funcionalización se muestra. (B) a la lactosa y la di-manosa funcionalizados nanopartículasefectivamente objetivo de la DC-SIGN (CIRE, CD209) y manosa receptor (CD206) en la médula ósea procedentes de células dendríticas como lo demuestra el aumento de expresión de estos dos marcadores tras la estimulación con CPTEG 50:50 funcionalizado: nanopartículas de CPH, en comparación con la expresión obtenida no funcionalizados con partículas.
La eficacia de los hidratos de carbono como agentes dirigidos a las interacciones de nanopartículas directos a las células inmunes se ha demostrado anteriormente 10, 11. Investigaciones previas en nuestros laboratorios han mostrado que los azúcares específicos a los que las nanopartículas polianhídrido son capaces de dirigir CLR diferentes en las células presentadoras de antígeno (APC), mejorando así la activación de células inmunes, que puede ser importante para la posterior activación de las cé...
NLBP es co-fundador y tiene acciones en la compañía de hidratos de carbono LuCella Biosciences, Inc.
Los autores desean agradecer a Ejército de los EE.UU. de Investigación Médica y Material Command (Grant # W81XWH-10-1-0806) y los Institutos Nacionales de Salud (Grant # U19 AI091031-01 y Grant # 1R01GM090280) para el apoyo financiero. BN reconoce la Cátedra Balloun en Ingeniería Química y Biológica y NLBP reconoce la Cátedra Wilkinson de Ingeniería Interdisciplinaria. Damos las gracias a Julia Vela por su ayuda en la realización de los experimentos de funcionalización de nanopartículas.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nombre | Empresa | Número de catálogo | |
Motorizada XYZ Etapa: 3x T-LSM050A, 50 mm de recorrido por eje | Zaber Tecnologías | T-XYZ-LSM050A-KT04 | |
NE-1000 bomba de jeringa individual | Nuevos sistemas de la Era de la bomba | NE-1000 | |
Pyrex * Vista * Al Aire Tubos de vidrio reutilizables Cultura | Corning | 07-250-125 | |
ASW 1000 | Chemspeed Tecnologías | ||
LabVIEW | National Instruments | 776671-35 | |
SGE Tight Gas Jeringas, Luer Loc | Sigma Aldrich | 509507 | |
XL-2000 Sonicator | Qsonica | Q55 | |
Mini-tubo rotador | Fisher Scientific | 05-450-127 |
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