Синтез стимул-чувствительных наногелей с использованием водного одноступенчатого сшивания и со-нанополимеризации

Резюме

Наногели являются отличной и универсальной платформой для наночастиц для доставки биологических препаратов. Чувствительные к стимулам полимерные наногели на основе полиэтиленгликоля, способные инкапсулировать полезные нагрузки на основе белка, были синтезированы с использованием одноступенчатой стратегии сшивки ко-нанополимеризации в водных условиях. Здесь представлены оптимальные схемы изготовления и характеристики этих новых наночастиц.

Аннотация

Наногели, состоящие из сшитых полимерных наночастиц, были разработаны для доставки многочисленных химических и биологических терапевтических средств благодаря их универсальному восходящему синтезу и биосовместимости. Несмотря на то, что на сегодняшний день для синтеза наногелей используются различные методы, очень немногие из них достигли этого без использования агрессивных органических растворителей или высоких температур, которые могут повредить целостность биологической нагрузки. В отличие от этого, представленная здесь методология обеспечивает синтез наногелей размером менее 100 нм, загруженных белком, с использованием мягких условий реакции. В данной работе мы представляем метод нековалентной инкапсуляции полезных нагрузок на основе белка в наногелях, которые были синтезированы с использованием одноступенчатой технологии сшивки на водной основе. В этом методе мы первоначально электростатически связываем полезную нагрузку на основе белка с катионным четвертичным мономером аммония и одновременно сшиваем и сополимеризуем ее с использованием персульфата аммония и N,N,N',N'-тетраметилэтилендимина с образованием наногелей, которые захватывают полезную нагрузку белка. Размер и показатель полидисперсии наногелей определяют с помощью динамического рассеяния света (DLS), а морфологию поверхности оценивают с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Масса белка, заключенного в наногелях, определяется путем расчета эффективности инкапсуляции. Кроме того, способность наногелей к контролируемому высвобождению за счет постепенной деградации редокс-чувствительных структурных элементов также оценивается в анализах биовосстановления. Мы приводим примеры данных оптимизации наночастиц, чтобы продемонстрировать все предостережения синтеза и характеризации наногелей с использованием этого метода. В целом, были получены наногели одинакового размера со средним размером 57 нм и значением индекса полидисперсии 0,093. Была достигнута высокая эффективность инкапсуляции – 76%. Кроме того, наногели продемонстрировали контролируемое высвобождение до 86% инкапсулированного белка путем постепенной деградации новых редокс-чувствительных компонентов в присутствии глутатиона в течение 48 ч.

Введение

Наногели представляют собой трехмерные гидрогели субмикронного размера с сшитыми полимерными сетчатыми структурами, которые могут удерживать большое количество жидкостей в своей основной оболочке, не влияя на их морфологическую^{целостность}. В общем случае, наногели синтезируются путем полимеризации функциональных мономеров путем физического или химического сшивания в гетерогенных коллоидных системах, таких как обратные микроэмульсии типа «вода в масле» ^2,3. Амфифильные сополимеры могут самособираться в наноразмерные структуры в водных средах. Тем не мене....

протокол

1. Синтез редокс-чувствительного сшивающего агента

1. Добавьте 2-аминоэтилметакрилата гидрохлорид (44,79 мг, 0,270 ммоль) и 0,063 мл триэтиламина к 3 мл безводного дихлорметана и дайте перемешать в течение 20 минут под инертным газом N₂ в колбе с круглым дном объемом 25 мл.
2. Растворите 4,7,10,13,16,19,22,25,32,35,38,41,44,47,50,53-гексадекаокса-28,29-дитиагекксапентаконтандиевой кислоты ди-N-сукцинимидиловый эфир (100 мг, 0,045 ммоль) в 1 мл безводного дихлорметана и добавьте в колбу.
3. Добавьте в колбу 4 мл безводного дихлорметана. Заверните реакционную колбу в алюминиевую ....

Результаты

Синтез и характеристика поли(этиленгликоля) (ПЭГ) дисульфидного диакрилатного сшивающего агента Редокс-чувствительный сшивающий агент был синтезирован путем нуклеофильной замены эфира N-гидроксисукцинимида (NHS) на 2-аминоэтилметакрилат путем образова?.......

Обсуждение

Растущий спрос на целевые биологические препараты в биофармацевтической промышленности вызвал потребность в технологиях, которые могут улучшить их фармакологические профили in vivo, предотвращая их быструю физиологическую деградацию и компенсируя любые нежелат.......

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chemicals
2-( acryloyloxy)ethyl]trimethylammonium chloride solution	Sigma Aldrich	496146
2-aminoethyl methacrylatehydrochloride	Sigma Aldrich	516155
4,7,10,13,16,19,22,25,32,35,38,41, 44,47,50,53-Hexadecaoxa-28,29-dithiahexapentacontanedioic acid di-N-succinimidyl ester	Sigma Aldrich	671630
Acrylamide	Sigma Aldrich	23701
Ammonium persulfate	Sigma Aldrich	248614
Bovine serum albumin	Sigma Aldrich	B6917
Cy7- labelled bovine serum albumin	Nanocs	BS1-S7-1
Deuterated dimethyl sulfoxide	Sigma Aldrich	547239
Dichloromethane	Sigma Aldrich	270997 (anhydrous) and D65100
Glutathione	Sigma Aldrich	G4251
Methanol	Sigma Aldrich	34860
N,N,N’,N’-tetramethylethylenediamine	Sigma Aldrich	411019
Phosphate buffered saline	ThermoFisher	10010023
Sodium dodecyl sulfate	Sigma Aldrich	436143
Triethylamine	Sigma Aldrich	471283
Uranyl Acetate	Agar Scientific	AGR1260A
Equipment necessary for nanogel synthesis and characterisation
Amicon Ultra-15 Centrifugal filter units (100kDa MWCO)	Merck Millipore	C7715
Camera	Olympus	Veleta
Carbon-coated copper grids	Agar Scientific	AGS160
Dialysis tubing (100kDa MWCO)	Spectrum labs	11405949
Dynamic Light Scattering	Malvern	Zetasizer Nano Ultra
Freeze dryer	Labconco	WZ-03336-01
Infrared spectroscopy	Agilent	Cary 630 FTIR
iTEM software	Olympus
Mass spectrometry	Waters	Micromass MALDI microMX MALDI Q-ToF
MF-MilliporeTM membrane filter (0.45/0.2μm pore size)	Merck Millipore, UK	HAWP04700, GSWP04700
Micro BCA Protein Assay Kit	ThermoFisher	23235
Plate reader	Beckman	Coulter-PARADIGM
Proton and Carbon-13 nuclear magnetic resonance data	Bruker	400MHz AV-400 NMR spectrometer
Rotary evaporator	Buchi	R-114 Rotary Vap System
Single-use needles	Sterican	4665643
Suba-Seal septa	Sigma Aldrich	Z124575
Transmission electron microscopy	Phillips	CM 100 TEM
UV-vis spectrophotometer	Nanodrop	Nanodrop One/One C microvolume