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Method Article
Este protocolo describe la fabricación y caracterización de un nanoensamblaje fotosensible profármaco-colorante. Se describe explícitamente la metodología para la liberación del fármaco de las nanopartículas mediante el desmontaje activado por la luz, incluida la configuración de irradiación de la luz. Los fármacos liberados de las nanopartículas después de la irradiación de luz exhibieron excelentes efectos antiproliferación en las células tumorales colorrectales humanas.
El autoensamblaje es un método simple pero confiable para construir sistemas de administración de fármacos a nanoescala. Los profármacos fotoactivables permiten la liberación controlable de fármacos de nanoportadores en sitios objetivo modulados por irradiación de luz. En este protocolo, se presenta un método fácil para fabricar nanopartículas fotoactivables de profármaco-colorante a través del autoensamblaje molecular. Los procedimientos para la síntesis de profármacos, la fabricación de nanopartículas, la caracterización física del nanoensamblaje, la demostración de fotoescisión y la verificación de citotoxicidad in vitro se describen en detalle. Primero se sintetizó un profármaco fotodicente boro-dipironoteno-clorambucilo (BC). BC y un tinte infrarrojo cercano, IR-783, en una proporción optimizada, podrían autoensamblarse en nanopartículas (IR783 / BC NPs). Las nanopartículas sintetizadas tenían un tamaño promedio de 87.22 nm y una carga superficial de -29.8 mV. Las nanopartículas se desmontaron con irradiación de luz, que pudo observarse mediante microscopía electrónica de transmisión. La fotoescisión de BC se completó en 10 min, con una eficiencia de recuperación del 22% para clorambucilo. Las nanopartículas mostraron una mayor citotoxicidad bajo irradiación de luz a 530 nm en comparación con las nanopartículas no irradiadas y el profármaco BC libre irradiado. Este protocolo proporciona una referencia para la construcción y evaluación de sistemas de administración de fármacos fotosensibles.
La quimioterapia es un tratamiento común contra el cáncer que emplea agentes citotóxicos para destruir las células cancerosas y, por lo tanto, inhibe el crecimiento tumoral1. Sin embargo, los pacientes pueden sufrir efectos secundarios como cardiotoxicidad y hepatotoxicidad debido a la absorción fuera del objetivo de los medicamentos de quimioterapia 2,3,4. Por lo tanto, la administración localizada de fármacos a través del control espaciotemporal de la liberación/activación del fármaco en los tumores es esencial para minimizar la exposición al fármaco en los tejidos normales.
Los profármacos son fármacos modificados químicamente que presentan una toxicidad reducida en los tejidos normales, conservando su acción en las lesiones enfermas tras la activación 5,6. Los profármacos pueden responder a una variedad de estímulos, como pH7,8, enzimas 9,10, ultrasonido 11,12, calor 13 y luz14,15,1 6, y liberar sus fármacos parentales específicamente en las lesiones. Sin embargo, muchos profármacos presentan inconvenientes inherentes, como baja solubilidad, tasa de absorción incorrecta y destrucción metabólica temprana, lo que puede limitar su desarrollo17. En este contexto, la formación de nanoensamblajes de profármacos ofrece ventajas como la disminución de los efectos secundarios, la liberación in situ del fármaco, una mejor retención y la combinación de tratamiento e imágenes, lo que indica un gran potencial de aplicación para estos nanoensamblajes. Se han desarrollado muchos nanoensamblajes de profármacos para el tratamiento de enfermedades, incluidas las nanoesferas de profármacos de doxorrubicina, las micelas de profármacos de curcumina y las nanofibras de profármacos de camptotecina18.
En este protocolo, presentamos un método simple para la preparación de nanoensamblajes profármaco-colorante que exhiben un alto contenido de profármacos, buena dispersabilidad del agua, estabilidad a largo plazo y capacidad de respuesta sensible. IR783 es un colorante infrarrojo cercano soluble en agua que puede servir como estabilizador de los nanoconjuntos19. El otro componente del nanoensamblaje es boro-dipironeteno-clorambucilo (BODIPY-Cb, BC), un profármaco que fue diseñado por dos razones principales. Como el clorambucilo (Cb) muestra toxicidad sistémica in vivo, la forma profármaco puede disminuir su toxicidad20. El profármaco BC se puede fotoescindar utilizando irradiación de luz de 530 nm dirigida a las lesiones de la enfermedad, lo que permite la liberación local de Cb. Por otro lado, el Cb es propenso a la hidrólisis en ambientes acuosos, y puede protegerse transformándolo en una forma profármaco21. Por lo tanto, se esperaba que el ensamblaje conjunto del profármaco BC y el colorante IR-783 formara un nanosistema de administración de fármacos estable y efectivo (Figura 1A). Este nanoensamblaje profármaco-colorante mejora la dispersabilidad y estabilidad de las moléculas de profármaco, lo que sugiere su potencial para su aplicación en la administración de fármacos controlables por la luz. La fotoescisión del profármaco BC permite el desmontaje de nanopartículas y la liberación controlada por luz de Cb en las lesiones (Figura suplementaria 1).
1. Síntesis del profármaco boro-dipironeteno-clorambucilo (BC) (Figura 2)22
2. Preparación de NPs IR783/BC por el método de precipitación flash
Tiempo (min) | Acetonitrilo (%) | Agua (%) |
0 | 20 | 80 |
5 | 20 | 80 |
30 | 95 | 5 |
35 | 95 | 5 |
Tabla 1: Método de HPLC para el análisis cualitativo y cuantitativo del profármaco BC y su fotoescisión. Reproducido con permiso25. Derechos de autor 2022, Wiley.
3. Caracterización de NPs IR783/BC
4. Fotoactivación de NPs IR783/BC
5. Ensayo de citotoxicidad de NPs IR783/BC con y sin irradiación lumínica
Las NP IR783 / BC se fabricaron con éxito en este estudio utilizando un método de precipitación repentina. Los NPs IR783/BC sintetizados se presentaron como una solución púrpura, mientras que la solución acuosa de IR783 fue azul (Figura 4A). Como se muestra en la Figura 4B, los NP IR783/BC exhibieron un tamaño promedio de aproximadamente 87.22 nm con un índice de polidispersidad (PDI) de 0.089, lo que demuestra una distribución de tamaño estrecha. La c...
Este protocolo describe un método de precipitación flash fácil para la fabricación de nanopartículas de colorante profármaco, que ofrece un enfoque simple y conveniente para la formación de nanopartículas. Hay varios pasos críticos en este método. En primer lugar, para todos los pasos de síntesis, fabricación y caracterización, los recipientes como los microtubos deben cubrirse con papel de aluminio para evitar la fotoescisión innecesaria del profármaco BC por la luz ambiental. Además, en la etapa de prec...
Se ha presentado una solicitud PCT con el Nº.PCT/CN2021/081262.
Reconocemos la asistencia de la Facultad de Medicina Li Ka Shing de la Universidad de Hong Kong. Agradecemos al profesor Chi-Ming Che de la Universidad de Hong Kong por proporcionar la línea celular humana HCT116. Este trabajo fue apoyado por el Programa de Miembros Asociados del Centro Ming Wai Lau para la Medicina Reparadora y el Consejo de Becas de Investigación de Hong Kong (Plan de Carrera Temprana, No. 27115220).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1260 Infinity II HPLC | Agilent Technologies | ||
2,4-Dimethyl pyrrole | J&K Scientific | 315305 | |
3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide(MTT) | Gibco | M6494 | |
4-Dimethylaminopyridine (4-DMAP) | J&K Scientific | 212279 | |
90 mm Petri Dish Clear Treated Sterile | SPL | 11090 | |
96-well Tissue Culture Plate Clear Treated Sterile | SPL | 30096 | |
Acetoxyacetyl chloride | J&K Scientific | 192001 | |
Boron trifluoride diethyl etherate | J&K Scientific | 921076 | |
Büchner funnel | AS ONE | 3-6466-01 | |
Chlorambucil | J&K Scientific | 321407-1G | |
CM100 Transmission Electron Microscope | Philips | ||
CombiFlash RF chromatography system | Teledyne ISCO | ||
Dichloromethane | DUKSAN Pure Chemicals | JT9315-88 | |
Dimethyl sulfoxide | DUKSAN Pure Chemicals | 2762 | |
Disposable cuvette | Malvern Panalytical | DTS1070 | Zeta potential measurement |
Disposable cuvette | Malvern Panalytical | ZEN0040 | |
Empty Disposable Sample Load Cartridges | Teledyne ISCO | 693873225 | can hold up to 65 g |
Fetal bovine serum | Gibco | 10270106 | |
Filtering flask | AS ONE | 3-7089-03 | |
Hexane | DUKSAN Pure Chemicals | 4198 | |
Holey carbon film on copper grid | Beijing Zhongjingkeyi Technology Co.,Ltd | BZ10023a | |
HPLC column (InfinityLab Poroshell 120) | Agilent Technologies | 695975-902T | |
Integrating sphere photodiode power sensor | Thorlabs | S142C | |
IR783 | Tokyo Chemical Industry (TCI) Co., Ltd | I1031 | |
LED | Mightex | LCS-0530-15-11 | |
LED Driver Control Panel V3.2.0 (Software) | Mightex | ||
Lithium Hydroxide Anhydrous | TCI | L0225 | |
Methylmagnesium iodide, 3M solution in diethyl ether | Aladdin | M140783 | |
N,N-Diisopropyl ethyl amine (DIPEA) | J&K Scientific | 203402 | |
N,N'-Dicyclohexylcarbodiimide (DCC) | J&K Scientific | 275928 | |
penicillin–streptomycin | Gibco | 15140122 | |
Phosphate-buffered saline (10×) | Sigma-Aldrich | P5493 | |
Power and energy meter | Thorlabs | PM100 USB | |
Rotavapor | BUCHI Rotavapor R300 | ||
RMPI 1640 | Gibco | 21870076 | |
Separatory funnel (125 mL) | Synthware | F474125L | |
Silver Silica Gel Disposable Flash Columns, 40 g | Teledyne ISCO | 692203340 | |
Sodium sulfate, anhydrous | Alfa Aesar | A19890 | |
SpectraMax M4 | Molecular Devices LLC | ||
Tetrahydrofuran (THF), anhydrous | J&K Scientific | 943616 | |
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red | Gibco | 25200056 | |
Vortex | DLAB Scientific Co., Ltd | MX-S | |
Zetasizer Nano ZS90 | Malvern Instrument |
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