このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。
Method Article
* これらの著者は同等に貢献しました
ジメチルジオクタデシルアンモニウムブロマイドの殻で開発されたデカフルオロペンタン微小液滴は、優れたコロイド安定性と作用性生体界面を示しました。DDAB-MDは、ヒトトリプルネガティブ乳がん(MDA-MB-231)3Dモデルに対するドキソルビシンの取り込みと抗腫瘍活性の強化とともに、原形質膜への高い親和性を特徴とする効率的な薬物貯蔵庫であることが証明されました。
広大なセラノスティックシナリオにおける相変化パーフルオロカーボン微小液滴(MD)の大幅な改善は、合成効率、安定性、および薬物送達能力に関するMD組成の最適化を経ます。この目的のために、ジメチルジオクタデシルアンモニウムブロマイド(DDAB)カチオン性界面活性剤のシェルによって安定化されたデカフルオロペンタン(DFP)MDが設計されました。パルスハイパワーインソネーションにより、数秒以内に高濃度のDDAB-MDが容易に得られ、その結果、1μmサイズの低多分散液滴が得られました。非常に正のζ電位と、DDABシェルの長く飽和した炭化水素鎖は、液滴とその中の薬物貨物を安定させるための重要な要素です。DDABシェルと細胞原形質膜の高い親和性により、腫瘍細胞界面での薬物濃度を増加させ、取り込みを促進することにより、局所的な化学療法の送達が可能になります。これにより、DDAB-MDは、非常に低い薬物用量で高い抗腫瘍活性を示す適切な薬物送達ツールに変わります。
この研究では、このようなアプローチの有効性が、哺乳類腫瘍細胞の3Dスフェロイド、MDA-MB-231に対するドキソルビシンの効果を劇的に改善することが示されています。多細胞腫瘍スフェロイド(球状に密集した細胞)の形で開発された三次元(3D)細胞培養の使用は、2D細胞培養と比較して多くの利点があります:従来の in vitro 研究と動物試験との間のギャップを埋める可能性に加えて、より予測 的なin vitro を実行する能力を向上させます前臨床医薬品開発のためのアッセイのスクリーニング、または適応外薬や新しいコターゲティング戦略の可能性の評価。
高い抗腫瘍効果を確保し、副作用を低減できる薬物送達ベクターは、主要な目標ですが、依然として深刻な化学医薬品の課題です1,2。今日まで、その進行は、不十分なin situ薬物放出と臨界レベルの非特異的毒性3,4,5のコントラストによって最初は制限されています。近年、抗がん剤の投与を改善するために、リポソーム、高分子ミセル、ポリマーソーム6,7,8,9,10など、いくつかの薬物送達システムが実施されている。これらのシステムは、健康な臓器や組織への分布と蓄積を減少させながら、薬物の循環時間と選択性を高める可能性を示しています。いずれにせよ、アントラサイクリンなどの抗腫瘍性化学療法薬のカプセル化された製剤は、薬物の内在化効率を大幅に低下させました。近年、マイクロバブル11、マイクロ液滴、ハイブリッド金ナノ粒子12、ナノハイドロゲル13、PLGAスキャフォールド、メソポーラスプラットフォーム14などの刺激応答性ミクロンおよびサブミクロンの担体は、ドキソルビシン(Dox)およびドセタキセルを用いた腫瘍抑制効果の標的化および発揮における高い汎用性のために薬理学的関心を集めている。これらのキャリアをマルチモーダルタスク(すなわち、化学療法、光熱、および遺伝子相乗的アプローチ)および分子イメージング15のための効率的な抗がん剤に変える先駆的な実験は、個別化されたセラノスティックナノメディシンへの道を開いた。
このシナリオでは、相変化パーフルオロカーボン微小液滴(MD)は、高薬物貨物負荷を結合する主要な機会、生物学的障壁に対処するMDシェルの化学的多様性、コロイド安定性、および合成効率11,12を結合する主要な機会を通じて評価されています。追加の資産として、パーフルオロカーボン(PFC)コアの音響または光学気化によって促進されるMDのエコー源性により、in situイメージングと有望な治療効果を得ることができます。さらに、電離粒子ビームのエネルギー放出によって得られるMDsコア気化は、ビーム追跡や放射線量測定に利用できます。
本研究は、ジメチルジオクタデシルアンモニウムブロマイド(DDAB)カチオン性界面活性剤の複数の使用可能なシェルによって安定化されたデカフルオロペンタン(DFP)微小液滴の開発を目的としています。DDABシェルMDは、物理化学的および生物学的な期待に応えます。DFPベースの微小液滴は、生体適合性と安定性のあるパーフルオロカーボンMDを達成するための貴重な相変化造影剤であることが実証されています16。DDAB結晶性ゲルは、生理学的温度で長鎖を飽和させ、疎水性コアに深く浸透し、液滴とその中の薬物貨物を安定化させます。ζ DDABシェル表面の生物学的魅力は、哺乳類細胞にほとんど影響を与えない濃度で細菌や真菌を死滅させ、原形質膜、負に帯電した抗原性タンパク質、ヌクレオチド、DNA、またはナノ粒子に結合する能力にあります。上記の特徴は、哺乳動物細胞内で顕著な免疫アジュバント、遺伝子治療および抗腫瘍作用を生じさせるために利用することができる17。
本明細書に記載の晒し剤装填DDAB-MD(Dox@DDAB-MD)は、非常に侵攻性で侵襲性で低分化のトリプルネガティブ乳がん細胞に対する薬物放出を促進する。高出力プローブ共鳴に基づく簡単で迅速なプロトコルを以下に説明し、ワンステップの定式化でDoxの高いローディング効率を持つ狭いサイズ分布の安定した高密度DDAB-MDを取得します。このような特性は、マイクロ流体デバイスや高剪断ホモジナイザー16などの他の調製方法に対しても競争力があります。
効率的な薬物送達ベクターを設計する際の他の主要な制限問題は、薬物の活性が実際の生物学的標的で得られる様々なパラメータ(例えば、吸収、分布、濃度)の関数であり、これは単層細胞モデル18では考慮できないということである。このため、新規抗腫瘍製剤の開発の歴史には、残念ながら動物での前臨床モデルのレベルですでに効果がないという結果となった in vitro 研究がちりばめられています19。
特に、細胞培養からin vivoおよびex vivo研究よりも複雑で信頼性の高いシステムに移行する必要性は、2D培養に関する薬理学的研究に固有の制限に関連しています。これに関連して、スフェロイド、オルガノイド、オルガンオンチップなどのin vitro 3Dシステムが含まれ、これらは2D単分子膜20よりも複雑な構造の形態、活性、および生理学的応答をシミュレートする。前臨床の視点では、細胞微小環境を模倣した3D細胞モデルは、従来の単層培養が効果的でない生理学的により適切な枠組みで複雑な生物学をよりよく理解する可能性を提供する21,22。
DDAB-MDがヒト乳がん細胞の細胞膜と相互作用し、薬物の内在化と非常に低い(ナノモル)Dox濃度での細胞死を促進することを証明した後、哺乳類腫瘍細胞の3DスフェロイドであるMDA-MB-231に対するそのような方法論の有効性がテストされました。
注:すべての試薬と機器は 、材料の表に記載されています。
1. 微小液滴の作製と特性評価
2. マイクロモールド非接着性基板へのスフェロイドの作製
3. スフェロイド治療
4. スフェロイドのサイズと形態の特性評価
5. 増殖/生存率アッセイ:生細胞染色を伴う蛍光顕微鏡法
注: ステップ2.2.5までは、スフェロイドの作製に関する指示に従ってください。
6. 画像解析・取得
7. スフェロイドデータ解析
Dox@DDAB-MDは、図1に概略的に記述されているように、プロトコル(セクション1)に従って開発されました。得られたMDは、DFPコアをカプセル化したDDABの単層で構成されています(図1A)。DDABのカチオン電荷および超音波処理手順は、DFPおよび水界面23に積み重ねられたDDABマルチラメラ層の形成を回?...
抗腫瘍薬としてのアントラサイクリンの有効性を改善するために、この研究では、化学療法薬をカプセル化するDDABシェルPFC液滴の形成を示します ドキソルビシン(Dox)と、そのような製剤が高侵攻トリプルネガティブ乳がん細胞と相互作用する効果 MDA-MB-231。
DOX@DDAB-MDの蓄積
DoxロードされたMDは、非常に高速で再現性が高く、ユーザ...
利益相反:著者は利益相反を宣言しません。
人間/動物の権利:この記事には、著者が行った人間または動物を対象とした研究は含まれていません。
この研究は、助成金契約AMPHORA(766456)に基づく欧州連合(EU)Horizon 2020研究・イノベーションプログラムから資金提供を受けています。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
µ-Petri dish | Ibidi | 81156 | 35mm high, IbiTreat |
1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluoropentane | Sigma-Aldrich | 138495-42-8 | b.p. 55°C |
12-well culture plate | Corning | ||
15 ml centrifuge tube | Falcon | 89039-664 | |
3D-Petri dishes 12:256 | Microtissues (Sigma-Aldrich) | Z764000-6EA | Small |
3D-Petri dishes 12:81 | Microtissues (Sigma-Aldrich) | Z764019-6EA | Large |
5%CO2 culture incubator, 37°C | Thermo Scienific | HERAcell 150i | |
50 ml centrifuge tube | Falcon | 352070 | |
Biological safety cabinet, II level | |||
Calcein | Sigma-Aldrich | ||
Calcein-AM | Sigma-Aldrich | 148504-34-1 | 4mM stock solution in DMSO |
cam sCMOS Andor Zyla 4.2 | Andor Instruments | ||
Centrifuge Hettich Universal 320R | Hettich Lab. Technology | ||
DAPI | SIgma-Aldrich | ||
Dimethyldioctadecylammonium bromide powder | Sigma-Aldrich | 3700-67-2 | |
DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) | Corning | 15-013-CV | |
Doxorubicin hydrochloride | Sigma-Aldrich | 25316-40-9 | |
DPBS (Dulbecco's Modified PBS) | Corning | 21-030-CV | pH 7,4 |
Ethanol 70% | Sigma-Aldrich | ||
EZ-C1 digital ecliplse | Nikon Instruments | Silver version 3.91 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Corning | 35-079-CV | |
Goniometer BI-200SM | Brookhaven Instruments Corporations | ||
Laser Ar+ | Spectra Physics | ||
Laser He-Ne | Melles-Griot | ||
L-Glutammine | Corning | 25-005-CI | |
Mcroscope Nikon Eclipse Ti | Nikon Instruments | ||
MDA-MB 231 cell line | ATCC | ||
Microsoft Excel | Microsoft | ||
Microplates reader Spark | Tecan group | ||
NanoZetaSizer ZS | Malvern Instruments LTD | ||
Neubauer improved chamber | 718605 | ||
NIS Elements software | Nikon Instruments | AR 4.30 | |
Pen/Strepto | Corning | 30-002-CI | |
Photocorrelator BI-9000 AT | Brookhaven Instruments Corporations | 62927-1 | |
Photometer HC120 | Brookhaven Instruments Corporations | N° 1275 | |
Pipettors and tips, various size | Gilson | ||
Propidium Iodide | SIgma-Aldrich | ||
Serological pipets, various size | Corning | ||
Solid-state laser | Suwtech Laser | N° 22368 | |
T25 Flasks | Sarstedt | 83.3910.002 | |
T75 Flasks | Sarstedt | 83.3911.002 | |
Trypsin/EDTA 0.05% | EuroClone | ECB3052D | |
Vibra-Cell VCX-400 | Sonics & Materials, inc | ||
Water bath | 37°C |
このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します
許可を申請This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved