Name: alternating magnetic field-responsive hybrid gelatin microgels for controlled drug release
Uploaded: 2016-02-13T15:00:00
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Este estudo foi apoiado pelo Prêmio Inovação Farris Família e NIH 1R01NR015674-01 para MK. Os autores agradecem Josep Nayfach (Qteris, Inc) para fornecer um sistema gerador de electro-magnética, bem como a sua consulta técnica. Os autores também agradecem Huan Yan (LCI &amp; Chemical Programa Interdisciplinar de Física, Kent State University) por seus assistentes técnicos.

Nota: O processo global de fabrico de microgéis de gelatina de campo de resposta magnética é ilustrado na Figura 1A. 1. Preparar as soluções e suspensões <ol><li> Prepara-se uma genipina reticulador (1% v / v w) solução por dissolução de 20 mg de genipina em 2 ml de solução salina tamponada com fosfato (PBS 1x; pH 7,4). Vortex a solução e colocar num banho de água a 50 ° C durante 2 h para dissolver completamente a solução. </l...

<ol>
	<li>Langer, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomaterials+in+drug+delivery+and+tissue+engineering:+one+laboratory's+experience.">Biomaterials in drug delivery and tissue engineering: one laboratory's experience.</a> Acc. Chem. Res. 33, 94-101 (2000).</li><li>Rivest, C. M., Morrison, D., Ni, B., Rubib, J., Yadav, V., Mahdavi, A., Karp, J., Khademhosseini, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+hydrogels+for+medicine+and+biology:+synthesis,+characteristics+and+applications.">Microscale hydrogels for medicine and biology: synthesis, characteristics and applications.</a> J Mech Mater Struct. 2, 1103-1119 (2007).</li><li>Kawaguchi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoresponsive+microhydrogels:+preparation,+properties+and+applications.">Thermoresponsive microhydrogels: preparation, properties and applications.</a> Polym. Int. 63, 925-932 (2014).</li><li>Vinogradov, S. 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S., Mohammad, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+nanomaterials+for+hyperthermia-based+therapy+and+controlled+drug+delivery.">Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 63, 789-808 (2011).</li><li>Mura, S., Nicolas, J., Couvreur, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+nanocarriers+for+drug+delivery.">Stimuli-responsive nanocarriers for drug delivery.</a> Nat. Mater. 12, 991-1003 (2013).</li><li>Kong, S. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+cytotoxicity+of+(N-isopropyl+acrylamide)+and+poly(N-isopropyl+acrylamide)-coated+surfaces.">Assessment of cytotoxicity of (N-isopropyl acrylamide) and poly(N-isopropyl acrylamide)-coated surfaces.</a> Biointerphases. 8, 19 (2013).</li><li>Jorgensen, L., Moeller, E. H., van de Weert, M., Nielsen, H. M., Frokjaer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparing+and+evaluating+delivery+systems+for+proteins.">Preparing and evaluating delivery systems for proteins.</a> Eur J Pharm Sci. 29, 174-182 (2006).</li><li>Holland, T. A., Tabata, Y., Mikos, A. 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H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+nanoparticle+targeted+hyperthermia+of+cutaneous+Staphylococcus+aureus+infection.">Magnetic nanoparticle targeted hyperthermia of cutaneous Staphylococcus aureus infection.</a> Ann Biomed Eng. 41, 598-609 (2013).</li><li>Ivkov, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+high+amplitude+alternating+magnetic+fields+for+heat+induction+of+nanoparticles+localized+in+cancer.">Application of high amplitude alternating magnetic fields for heat induction of nanoparticles localized in cancer.</a> Clin Cancer Res. 11, 7093s-7103s (2005).</li><li>Huang, S., Fu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Naturally+derived+materials-based+cell+and+drug+delivery+systems+in+skin+regeneration.">Naturally derived materials-based cell and drug delivery systems in skin regeneration.</a> J Control Release. 142, 149-159 (2010).</li><li>Malafaya, P. B., Silva, G. A., Reis, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural-origin+polymers+as+carriers+and+scaffolds+for+biomolecules+and+cell+delivery+in+tissue+engineering+applications.">Natural-origin polymers as carriers and scaffolds for biomolecules and cell delivery in tissue engineering applications.</a> Adv. Drug Deliv. Rev. 59, 207-233 (2007).</li><li>Shah, R., Kim, J., Agresti, J., Weitz, D., Chu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+monodisperse+thermosensitive+microgels+and+gel+capsules+in+microfluidic+devices.">Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices.</a> Soft Matter. 4, 2303-2309 (2008).</li><li>Hoare, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetically+triggered+nanocomposite+membranes:+a+versatile+platform+for+triggered+drug+release.">Magnetically triggered nanocomposite membranes: a versatile platform for triggered drug release.</a> Nano letters. 11, 1395-1400 (2011).</li></ol>

A tecnologia aqui descrita demonstra uma prova de conceito de utilização de híbridos nanopartícula-microgel para a libertação do fármaco magneto-desencadeada termicamente. Isto foi conseguido por aprisionamento fisicamente cadeias MnPs e P (co NIPAM- -AAm) dentro de uma rede tridimensional de gelatina microescala reticulado por genipina. A plataforma de campo de resposta magnética foi suficiente para gerar calor no interior do microgel em resposta a um AMF remotamente aplicada, que por sua vez, provocou...

Estímulos responsiva sistemas de administração de fármacos que permitem uma entrega de drogas rigorosamente controlado em resposta a estímulos endógenos ou quer exógenas (por exemplo., Temperatura ou pH) têm sido investigados extensivamente como novos tipos de dispositivos inteligentes suaves para a entrega de drogas. Hidrogeles microscópicos têm sido largamente utilizados como uma plataforma de entrega de droga na medida em que conferem perfis controlável e sustentável de libertação de fármaco, bem como sintonizável química e propriedades mecânicas 1-3. Em particular, os microgéis coloidais apresentam muitas vantagens como um veículo para a entrega de drogas devido à sua capacidade de resposta rápida a estímulos externos e injectabilidade adequado para o tecido local de forma minimamente invasiva 4. O poli (N-isopropilacrilamida) (pNIPAM) ou seus copolímeros têm sido amplamente adotados em sintetizar microgï¿½s termo-sensível por enxertia pNIPAM com polímeros biodegradáveis ​​/ biocompatíveis, incluindo gelatina, a quitosana, ácido alginato, ou ácido hialurônico 5,6, No qual uma característica de transição de fase de pNIPAM à sua temperatura crítica inferior de solução (TCIS) pode ser utilizada como um gatilho de libertação de medicamento 7. Recentemente, demonstrou uma fabricação de biodegradável microgel de resposta térmica, com base em gelatina por incorporação de poli (co-N isopropylacrylamide- -acrilamida) [P (co NIPAM- -AAm)] cadeias como um componente menor de gelatina dentro das redes tridimensionais 8. O / P (co NIPAM- -AAm) microgel de gelatina exibiu um deswelling sintonizável ao aumento de temperatura, o que positivamente correlacionada com a libertação de albumina de soro bovino (BSA). Durante os últimos anos, tem vindo a aumentar os esforços para desenvolver uma plataforma de entrega de drogas magneticamente sensível que pode desencadear a liberação de drogas em um 9,10 de moda on-demand. O princípio básico para a síntese de plataforma de entrega de droga que responde magneticamente utiliza a característica de nanopartículas superparamagnéticas (MNPs) para gerar calor quando recebem uma alta frequência de campo magnético alternado (AMF), o que desencadeia uma liberação da droga sensível à temperatura. Esta é uma promessa para futuras aplicações clínicas em que este sistema pode atingir profundamente no tecido, permite uma libertação de fármaco não-invasivo e remotamente controlada e pode ser combinada com tratamento de hipertermia e sistema de ressonância magnética 10-12. Tais plataformas incluem: (1) Partículas híbridas MNPs / pNIPAM microgel 13-15 e (2) andaimes hidrogel macroscópicas incorporando imobilizada MNPs 16-18. As plataformas de microgel baseados em pNIPAM demonstraram uma resposta de transição de fase de volume finamente sintonizável a estímulos magneto-térmico. No entanto, eles ainda dependem de técnicas complexas e sofisticadas na fabricação e a utilização de polímeros pNIPAM com um teor elevado pode ser potencialmente citotóxico para as células 19, o que pode limitar as suas aplicações in vivo. Os andaimes macroscópicas exibem um parenteLY lenta resposta a estímulos externos e exigem um transplante cirúrgico invasivo em comparação com os microgéis de coloidais. A emulsão água-em-óleo tem sido o método padrão para produzir submillimeter ou gel de partículas de tamanho micrométrico 20. Na interface óleo-água da emulsão, microgel de partícula tem uma forma esférica, devido à minimização da energia de superfície da gotícula de água, sob a força de cisalhamento mecânico. Este método permite a produção de uma grande quantidade de gotículas esféricas de gel aquoso num processo de fabrico simples e tem sido adoptada com sucesso para a fabricação de microgéis à base de gelatina, para aplicações de entrega de drogas 21-23. Aqui, nós apresentamos um método fácil para sintetizar uma microgéis magnetothermally responsivos à base de gelatina para aplicação de entrega de drogas através da utilização do método de emulsificação de água-em-óleo. Isto foi conseguido por incorporando fisicamente MNPs óxido de ferro e P (co NIPAM- -AAm) cadeias como um componente menor dentro de uma rede de gelatina microescala esférica que está covalentemente reticulados por um agente reticulante genipina de origem natural, em conjunto com uma elevada frequência de alternância de um sistema de aplicação do campo magnético (AMF).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="706">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gelatin</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td style="width:119px;">G2500</td>
			<td style="width:167px;">Gelatin type A, porcine skin</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)&#160;</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>738727</td>
			<td>MW=20,000, LCST=34-38 oC</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silicon oil</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td>378372</td>
			<td>Viscosity 350 cSt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Pluoronic L64</td>
			<td style="width:204px;">Sigma-Aldrich, MO, USA</td>
			<td style="width:119px;">435449</td>
			<td>100 ppm poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:216px;">genipin</td>
			<td style="width:204px;">TimTec LLC, DE, USA</td>
			<td>ST080860</td>
			<td>Mw = 226.23;&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Magnetic nanoparticles (MNPs)</td>
			<td style="width:204px;">Micromod Inc, Germany</td>
			<td>79-00-102</td>
			<td>nanomag-D-spio, 100 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">TR-BSA</td>
			<td style="width:204px;">Life Technologies, NY USA</td>
			<td>A23017</td>
			<td>Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

alternating magnetic field-responsive hybrid gelatin microgels for controlled drug release

Magneticamente reactivo nano / micro-biomateriais engenharia que permitem uma entrega de drogas rigorosamente controlada, a pedido têm sido desenvolvidos como novos tipos de dispositivos moles inteligentes para aplicações biomédicas. Embora um certo número de sistemas de entrega de drogas magneticamente reactivo demonstraram eficácias, quer através de provas in vitro de estudos de concepção ou em aplicações de pré-clínicos in vivo, a sua utilização na prática clínica é ainda limitada pela sua biocompatibilidade ou a biodegradabilidade insuficiente. Além disso, muitas das plataformas existentes dependem de técnicas sofisticadas para sua fabricação. Recentemente, demonstrou a fabricação de biodegradável microgel de resposta térmica, com base em gelatina por aprisionamento fisicamente poli (co-acrilamida N isopropylacrylamide-) cadeias como um componente menor dentro de uma rede tridimensional de gelatina. Neste estudo, são apresentados um método fácil de fabricar uma plataforma de libertação de fármaco biodegradáveis ​​que permite uma magneto-thermally desencadeada a libertação do fármaco. Isto foi conseguido através da incorporação de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético e polímeros de resposta térmica dentro de microgéis coloidais à base de gelatina, em conjunto com um sistema de aplicação do campo magnético alternado.

Quando o protocolo é realizado correctamente, os microgéis fabricadas deverão exibir uma morfologia esférica bem caracterizada e dispersibilidade coloidal com diâmetros na gama entre 5 um a 20 um (Figura 1B e C). Qualquer um MNPs fluorescentes ou BSA fluorescente pode ser utilizado para confirmar se MNPs ou drogas (BSA neste estudo) são adequadamente encapsulado dentro do microgel (Figura 1D). Os microgéis fabricadas podem ser estáveis ​​e ar...

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Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release

Alternando microgéis de gelatina híbrido Campo-Responsive magnética para controlada de fármacos de libertação

Nós apresentamos um método fácil de fabricar uma plataforma de liberação do fármaco à base de gelatina biodegradável que é magneto-termicamente responsivo. Isto foi conseguido através da incorporação de nanopartículas de óxido de ferro superparamagnético e poli (N-co isopropylacrylamide- -acrilamida) dentro de uma rede de micro-reticulada de gelatina esférica por genipina, em conjunto com um sistema de aplicação do campo magnético alternado.

Magnetically-responsive nano/micro-engineered biomaterials that enable a tightly controlled, on-demand drug delivery have been developed as new types of ...

Research

JoVE Journal

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Magneticamente Assistida deflexão da ponta Remote Controlled microcateter em Imagem por Ressonância Magnética

X-ray fluoroscopy-guided  endovascular procedures have several significant limitations, including  difficult catheter navigation and use of ionizing ...

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