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요약

우리는 자기 열 감응성 인 생분해 젤라틴 계 약물 방출 플랫폼을 제조하기위한 용이 한 방법을 제시한다. 이것은 교류 자계인가 시스템과 함께, genipin 의해 가교 구상 젤라틴 마이크로 네트워크 내에서 초상 자성 산화철 나노 입자 및 폴리 (N-isopropylacrylamide- 공동 - 아크릴 아미드)를 도입함으로써 달성 하였다.

초록

엄격하게 제어, 온 디맨드 약물 전달을 가능하게 자기 응답 나노 / 마이크로 공학 생체 재료는 생물 의학 응용 프로그램에 대한 스마트 소프트 장치의 새로운 유형으로 개발되고있다. 자기 반응 형 약물 전달 시스템의 여러 개념 연구 또는 생체 임상 응용의 하나로 관내 증거를 통해 효능을 입증 하였지만, 임상에서의 사용이 여전히 불충분 한 생체 적합성 또는 생분해에 의해 제한된다. 또한, 기존 플랫폼의 대부분은 자신의 날조에 대한 정교한 기술에 의존하고 있습니다. 최근 물리적 입체 젤라틴 네트워크 내에서 소량 성분으로서, 폴리 (N-isopropylacrylamide- 공동 - 아크릴 아미드) 쇄 포획하여 생분해 젤라틴 계 열 응답 성 마이크로 겔의 제조를 증명했다. 본 연구에서는 자기 t 생분해 가능 약물 방출 플랫폼을 제조하기위한 용이 한 방법을 제시hermally 약물 방출을 유발. 이것은 교류 자계인가 시스템과 함께, 젤라틴 계 콜로이드 미크로 겔에서 초상 자성 산화철 나노 입자 및 열 응답 성 중합체를 도입함으로써 달성 하였다.

서문

자극 - 반응 내인성 또는 외인성 자극 중 하나에 응답하여 엄격하게 제어 약물 전달을 가능하게 약물 전달 시스템 (예., 온도, pH는) 광범위하게 약물 전달을위한 스마트 소프트 장치의 새로운 유형으로 조사되었다. 마이크로 하이드로 널리들은 제어 및 지속 약물 방출 프로파일뿐만 아니라 가변 화학적 및 기계적 특성을 부여 1-3 것을 약물 전달 플랫폼으로 사용되어왔다. 특히, 마이크로 겔, 콜로이드 인해 외부 자극 및 최소 침습적 방법 (4)에 적합한 지방 조직 입성 그들의 빠른 응답을 약물 전달 비히클로서 많은 이점을 나타낸다. 폴리는 (N-이소 프로필) (pNIPAM) 또는 공중 합체는 널리 젤라틴, 키토산, 알긴산 산, 또는 히알루 론산을 포함하여 생분해 성 / 생체 적합성 고분자와 pNIPAM을 접목하여 열 반응 미크로 겔의 합성에 채택 된 5, 6, 여기서 하부 임계 용액 온도 (LCST)에서 pNIPAM의 상전이 특성은 약물 방출 (7)의 트리거로 사용될 수있다. 우리는 최근 폴리 혼입함으로써 생분해 젤라틴 계 열 응답 성 마이크로 겔의 제조를 증명 (N-isopropylacrylamide- 공동 - 아크릴 아미드) [P (NIPAM- CO -AAm) 입체 젤라틴 네트워크 (8) 내에서 소량 성분으로서 사슬. 젤라틴 / P (CO NIPAM- -AAm) 미크로 겔 긍정적 소 혈청 알부민 (BSA)의 방출을 상호 승온에 동조 deswelling을 나타냈다.

지난 몇 년 동안, 온 디맨드 방식의 9,10- 약물의 방출을 유발할 수 자기 반응 형 약물 전달 플랫폼을 개발하기위한 노력이 증가하고있다. 자기 반응 형 약물 전달 플랫폼의 합성에 대해 기본 원리는 초상 자성 나노 입자의 특성 (이용한다그들은 온도에 민감한 약물 방출을 유발 자기장 (AMF)을 교대로 고주파를받을 때 MNPS)는 열을 발생합니다. 따라서,이 시스템은 조직 깊숙이 타겟팅 할 수있는 미래의 임상 적용을위한 유망 비 침습 원격 제어 약물 방출을 가능 온열 치료 및 자기 공명 촬상 시스템 10-12과 결합 될 수있다. 이러한 플랫폼은 다음과 같습니다 : (1) MNPS / pNIPAM 하이브리드 마이크로 젤 입자 13-15 (2) 거시적 인 하이드로 겔 지지체는 고정 된 통합시키는 MNPS 16-18. pNIPAM 기반 마이크로 겔 플랫폼은 자기 열 자극에 미세하게 조정할 수있는 볼륨 상전이 응답 성을 보여 주었다. 그러나, 여전히 잠재적으로 생체 내 응용을 제한하는 셀 (19)에 세포 독성 수 제조 및 높은 함량 pNIPAM 중합체의 사용에 복잡하고 정교한 기술에 의존한다. 거시적 발판 상대를 전시LY 느린 외부 자극에 대한 반응과는 콜로이드 마이크로 겔에 비해 침습 수술 이식을 필요로한다.

유 중수 에멀젼은 서브 밀리미터 또는 마이크로 미터 크기의 겔 입자 (20)를 제조하는 표준 방법이었다. 에멀젼의 유수 계면에서, 마이크로 젤 입자들은 기계적인 전단력 물방울의 표면 에너지의 최소화로 구형을 형성한다. 이 방법은 간단한 제조 과정에서 구상 겔 수용액 방울 대량 생산이 가능하며 성공적으로 약물 전달 응용 21-23 젤라틴 기반 마이크로 겔의 제조를 위해 채택되었다.

여기서는 유 중수 유화 방법을 이용하여 약물 전달 애플리케이션 magnetothermally 응답 젤라틴 기반 마이크로 겔을 합성하는 용이​​ 한 방법을 제시한다. 이것은 물리적으로 통합 산화철 MNPS 및 P (NIPAM- 공동으로 달성되었다 -AAM) 공유 결합 자계 (AMF) 응용 시스템 교류 고주파와 함께, 천연 유래 genipin 가교제에 의해 가교 된 구면 마이크로 젤라틴 네트워크 내의 부성분으로서 체인.

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프로토콜

주 : 자계 응답 젤라틴 마이크로 겔의 제조 전체 공정은도 1a에 도시되어있다.

1. 준비 솔루션 및 현탁액

  1. 인산염 완충 식염수 2 ㎖에 genipin 20mg을 용해시켜 가교 결합제 genipin 용액 (/ V 1 % w)을 준비 (1X PBS, pH를 7.4). 소용돌이 2 시간 동안 50 ℃의 물을 욕조에서 솔루션 및 장소는 완전히 솔루션을 용해한다.
  2. (100)의 농도로 200 ㎖의 PBS로 (L64이라 w M = 2900 다) 폴리 (에틸렌 글리콜)의 20 mg의 폴리 (프로필렌 글리콜) - 폴리 (에틸렌 글리콜)을 용해한 계면 활성제 용액을 제조 PPM.
  3. PBS의 0.43 ㎖에 젤라틴의 64.5 mg을 용해하여 15 % (w / v)의 젤라틴 용액을 준비합니다. 이 솔루션은 유체가되는 졸 단계에 도달 할 때까지 소용돌이 솔루션을하고 37 ℃로 물을 욕조에 놓습니다. 일을 보장하는 3 번 -이어서, 젤라틴 용액 2 와동샘플 E 균질성.
  4. P (NIPAM- 공동 -AAm) 모델 약물과 / MNPS 용액 (BSA)의 제조 :
    1. PBS의 0.43 ml의 친수성 MNPS의 10.75 mg을 분산하고 3 %의 농도를 확인하기 위해 MNP 정지에 (p)의 12.9 ㎎ (NIPAM-가 -AAm 공동) 용해 (W / V). (P)의 증가 농도 (NIPAM-가 -AAm 공동) 마이크로 겔의 증가 deswelling 동작을 달성하기 위해 사용될 수있다.
    2. 텍사스 레드 복합 소 혈청 알부민 사용 (TR-BSA를, M을 ~ 66 kDa의 와트) 모델 약물로. (p)의 혼합물 (NIPAM-가 -AAm 공동) / MNPS에서 TR-BSA의 0.5 mg을 녹이고.
  5. 다음 P (NIPAM- CO -AAm) 혼합물 / 젤라틴 용액으로 MNPS (0.43 mL) 중 (0.43 ㎖)을 첨가하여 젤라틴 / P (NIPAM- CO -AAm) / MNPS가 / BSA 용액 (0.86 ㎖)의 혼합물을 준비 철저하게 균일 한 혼합물을 만들기 위해 그들을 소용돌이. 따라서, 폴리머 MNP의 농도는 최종 혼합물의 초기 농도의 절반이된다.

2. 유화

  1. 깨끗하고 멸균 비이커에 실리콘 오일 [폴리 디메틸 실록산 (점도 350 cSt 인)] 15ml를 붓고.
  2. 즉시 실리콘 오일로 젤라틴 / P (NIPAM- CO -AAm) / MNPS가 / BSA 용액 (0.86 mL)을 미리 제조 된 수성 혼합물을 추가하고 (900)에서 자기 교반 막대로 교반하여 유상의 수성 혼합물을 유화 30 분 동안 30 ℃로 회전.

수용액 3. 겔화 마이크로 액적 전송

  1. 50 ML 튜브로 커에서 에멀젼 (~ 16 ㎖)에 전송합니다.
  2. 오일 미세 방울의 겔 4 ° C에서 10 분 동안 튜브를 냉각.
  3. 50 ㎖까지 (4 ℃로) 준비 L64 솔루션 튜브를 입력하고 적극적으로 튜브를 흔들. L64은 계면 활성제의 일부는 마이크로 겔 내에 것이 가능하다.
  4. 4 O C.에서 2,300 XG에 20 분 동안 튜브를 원심 분리기
  5. RegularlY는 튜브의 측면에 겔 입자의 펠릿의 존재를 확인한다. 입자가 보이지 않는 경우, 동일한 속도 및 온도에서 또 다른 20 분 동안 원심 분리. 조심스럽게 튜브의 내벽에 형성된 펠렛을 교란시키지 않고 상층 액을 제거 진행.
  6. 단계를 반복합니다 (3.5)을 통해 (3.3) 한 번 더. 마다 마이크로 겔 현탁액 기름 방울의 포함을 피하기 위해 새로운 튜브에 시료를 옮긴다. 이 단계 후에, 계면 활성제, 기름 방울 샘플 현탁액에 존재하지 않는 것을 확인합니다. 그러나, 반복 분리 단계는 초기 재료의 손실을 초래할 수 있습니다.

미크로 겔 4. 공유 결합 가교

  1. 겔 입자의 펠렛에 genipin 용액 (섹션 1에서 제조) 2 ㎖를 추가하고 솔루션을 텍싱하여 그들을 잘 섞는다.
  2. 신속 DES 중에 공유 가교 결합 반응을 개시 23 O C에서 수욕 현탁액 튜브 전송(. 예를 들어, 5-120 분) IRED 가교 시간.
  3. 가교 후 즉시, genipin 솔루션을 버리고 PBS에 미크로 겔을 재현 탁하고, 2,300 XG (4 오 C)에서 20 분 동안 튜브를 원심 분리하여 과도한 가교제를 제거합니다. 필요한 경우, 조심스럽게 떨어져 피펫 팁과 펠렛을 형성 휴식. genipin 여전히 용액에 잔류하면이 세정 공정은 3 회 이상 반복 될 수있다.
  4. 뜨는을 취소하고 원하는 농도로 PBS에서 미크로 겔을 재현 탁 (예., 5 × 10 6 미크로 겔 / ㎖) 혈구와 수를 계산하여.
  5. 현미경 관찰을 위해, 유리 슬라이드 및 커버 슬립 사이의 공간에서 마이크로 겔 현탁액을로드하고 에폭시 수지로 커버 슬립의 경계를 밀봉.

의약품 출시를 트리거링을위한 교류 자기장 5. 응용 프로그램

  1. 수성 미디어에서 마이크로 겔의 원하는 농도로 함께 튜브를 배치자기 코일의 실. 필요한 경우, AMF의인가 중에 매체의 온도 변화를 모니터링하는 튜브 내로 광섬유 온도 탐침을 삽입한다.
  2. 정의 전계 강도 (> 5 kA 미만 / m)로하고 지정된 기간 동안 높은 주파수 (> 100 kHz에서)를 AMF 적용합니다. AMF의 도포 후, 원심 분리기 2273 XG (4 입출력 C) 및 측정법을 사용하여 주위 매체 마이크로 겔로부터 방출 TR-BSA의 양을 정량화하는 상등액을 수집하고, 20 분 동안 샘플 튜브. 텍사스 레드의 여기 및 방출 파장은 각각 584 nm의 612 나노 미터이다.

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결과

프로토콜이 정확하게 수행 될 때, 제조 된 미크로 겔은 20 μm의 범위에 5 ㎛의 사이 (도 1B와 C)이 직경 잘 특성화 구형 콜로이드 형태 산성을 나타내는 것이다. 형광 MNPS 또는 형광 BSA 중 하나는 MNPS이나 약물 (이 연구에서 BSA)이 제대로 마이크로 겔 (그림 1D) 내에서 캡슐화되는지 여부를 확인하는 데 사용할 수 있습니다. 제작 된 마이크로 겔은 안정?...

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토론

여기에 설명 된 기술은 자기 열 트리거 약물 방출을위한 나노 입자 마이크로 겔 하이브리드의 사용에 대한 개념 증명을 보여줍니다. 이것은 물리적 genipin 의해 가교 마이크로 입체 젤라틴 네트워크 내 MNPS 및 P (CO NIPAM- -AAm) 쇄 포획함으로써 달성되었다. 자계 응답 플랫폼은 차례로 모델 약물 BSA의 방출을 촉발 원격인가 AMF에 응답하여 마이크로 겔 내에 열을 발생시키기에 충분했다.

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공개

The authors have nothing to disclose.

감사의 말

이 연구는 패리스 가족 혁신 상 및 MK에 NIH 1R01NR015674-01에 의해 지원되었다. 저자는 전자기 발생기 시스템뿐만 아니라 자신의 기술 자문을 제공하기 위해 호셉 Nayfach (Qteris, Inc의)에 감사드립니다. 저자는 또한 그녀의 기술적 인 조수에 대한 Huan의 연 (LCI 및 화학 물리학 협동 과정, 켄트 주립 대학) 감사합니다.

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자료

NameCompanyCatalog NumberComments
GelatinSigma-Aldrich, MO, USAG2500Gelatin type A, porcine skin
poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide) Sigma-Aldrich, MO, USA738727MW = 20,000, LCST = 34 - 38 °C
Silicone oilSigma-Aldrich, MO, USA378372Viscosity 350 cSt
Pluoronic L64Sigma-Aldrich, MO, USA435449poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)
genipinTimTec LLC, DE, USAST080860MW = 226.23
Magnetic nanoparticles (MNPs)Micromod Inc, Germany79-00-102nanomag-D-spio, 100 nm
TR-BSALife Technologies, NY USAA23017Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate

참고문헌

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