Name: synthesis of aptamer-pei-g-peg modified gold nanoparticles loaded with doxorubicin for targeted drug delivery
Uploaded: 2020-06-23T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery at JoVE.com

Esta investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31700840); el Proyecto clave de investigación científica de la provincia de Henan (18B430013, 18A150049). Esta investigación fue apoyada por el Nanhu Scholars Program for Young Scholars de XYNU. A los autores les gustaría agradecer al estudiante de licenciatura Zebo Qu de la Facultad de Ciencias de la Vida en XYNU por sus útiles trabajos. A los autores les gustaría agradecer al Centro de Análisis y Pruebas de XYNU por el uso de sus equipos.

PRECAUCIÓN: Asegúrese de consultar todas las hojas de datos de seguridad de materiales (MSDS) relevantes antes de usar todos los productos químicos. Varios de los productos químicos utilizados para preparar copolímeros y nanopartículas son agudamente tóxicos. Las nanopartículas también tienen peligros potenciales. Asegúrese de usar todas las prácticas de seguridad y el equipo de protección personal apropiados, incluidos guantes, bata de laboratorio, capuchas, pantalones largos y zapatos de punta cerrada.
...

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El espectro de RMN 1H(Figura 2)confirma la síntesis exitosa del copolímero CT-PEG y del copolímero PEI-g-PEG. Los pesos moleculares de PEG y PEI fueron de 1.000 y 1.200, respectivamente. Además, se utilizó el sistema catalítico EDC/NHS para sintetizar el copolímero PEI-g-PEG mediante reacciones de amida. Cabe señalar que si los pesos moleculares de PEG y PEI cambiaron para sintetizar el copolímero PEI-g-PEG, entonces el tiempo de reacción y el sistema catalítico deben s...

Siendo el principal problema de salud pública en todo el mundo, el cáncer se caracteriza ampliamente por tener una baja tasa de curación, alta tasa de recurrencia y alta tasa de mortalidad1,2. Los métodos anticancerígenos convencionales actuales incluyen cirugía, quimioterapia y radioterapia3,entre los cuales la quimioterapia es el tratamiento primario para los pacientes con cáncer en la clínica4. Los fármacos contra el cáncer utilizados clínicamente incluyen principalmente paclitaxel (PTX)5 y doxorrubicina (DOX)6,7. Dox, un fármaco antineoplásico, se ha aplicado ampliamente en la quimioterapia clínica, debido a las ventajas de la citotoxicidad del cáncer y la inhibición de la proliferación de células cancerosas8,9. Sin embargo, el DOX causa cardiotoxicidad10,11,y la corta vida media del DOX restringe su aplicación en la clínica12. Por lo tanto, los portadores degradables de la droga son necesarios cargar DOX y subquently liberar de una manera controlada a un área apuntada.
Las nanopartículas se han utilizado ampliamente en sistemas de administración de fármacos dirigidos y tienen varias ventajas en el tratamiento del cáncer (es decir, una relación superficie-volumen considerable, tamaño pequeño, capacidad para encapsular varios fármacos y química de superficie sintonizable, etc.) 13,14,15. En particular, las nanopartículas de oro (AuNPs) se han utilizado ampliamente en aplicaciones biológicas y biomédicas, como la terapia fototérmica contra el cáncer16,17. Las propiedades únicas de los AuNPs, como la síntesis fácil y la funcionalización general de la superficie, tienen excelentes perspectivas en el campo clínico de la terapia contra el cáncer18. Además, los AuNPs se han utilizado para identificar estrategias de administración de fármacos, diagnosticar tumores y superar la resistencia en muchos estudios19,20.
No obstante, los AuNPs necesitan ser adaptados más a fondo para superar resistencia a los medicamentos vía el alto lanzamiento local en las lesiones del tumor con la permeación y la retención aumentadas (EPR), tales como las propiedades de la blanco y de la accesibilidad. Los AuNPs funcionalizados con polímeros han exhibido ventajas únicas, como la mejora de la solubilidad en agua de los fármacos hidrofóbicos contra el cáncer y el tiempo de circulación prolongado21,22. Se han utilizado varios polímeros biocompatibles para recubrimientos de AuNP, como el polietilenglicol (PEG), la polietilenimina (PEI), el ácido hialurónico, la heparina y la goma xantana. Entonces la estabilidad, así como la carga útil, de AuNPs se mejora bien23. Específicamente, pei es un polímero altamente ramificado que se compone de muchas unidades de repetición de aminas primarias, secundarias y terciarias24. PEI tiene una excelente solubilidad, baja viscosidad y un alto grado de funcionalidad, que es adecuado para el recubrimiento en AuNPs.
Por otro lado, los fármacos anticancerígenos deben ser entregados a las células cancerosas directamente con una mejor eficiencia de carga, y con menor toxicidad para el tratamiento de tumores metastásicos primarios y avanzados25. Los ligandos dirigidos tienen un gran potencial para los sistemas de administración dirigidos a fármacos contra el cáncer26. Su selectividad para la unión a moléculas diana confiere especificidad a los fármacos contra el cáncer y aumenta el enriquecimiento de fármacos en tejidos enfermos27. Más ligandos incluyen anticuerpos, polipéptidos y moléculas pequeñas. En comparación con otros ligandos, los aptámeros de ácidos nucleicos se pueden sintetizar in vitro y son fáciles de modificar. AS1411 es un oligonucleótido fosfodiester de 26 pb no modificado que forma una estructura dimérica estable de G-tetrámero para unirse específicamente a un receptor de proteína nuclear objetivo sobreexpresado en las células cancerosas28,29,30. AS1411 inhibe la proliferación de muchas células cancerosas pero no afecta el crecimiento de células sanas31,32. Como resultado, AS1411 se ha utilizado para fabricar un sistema ideal de administración de fármacos dirigidos.
En este estudio, un copolímero PEI-g-PEG se sintetiza a través de una reacción de amida, a continuación, se fabrican nanopartículas de oro recubiertas de copolímero PEI-g-PEG (PEI-g-PEG@AuNPs). Además, DOX y AS1411 están vinculados secuencialmente a la PEG@AuNPs PEI-g preparada, como se muestra en la Figura 1. Este protocolo detallado está destinado a ayudar a los investigadores a evitar muchos de los escollos comunes asociados con la fabricación de nuevos PEI-g-PEG@AuNPs cargados con DOX y AS1411.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4-Dimethylaminopyridine</td>
			<td>Macklin</td>
			<td>D807273</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A549 cell</td>
			<td></td>
			<td>ATCC CCL-185TM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AS1411</td>
			<td>BBI Life Sciences Corporation</td>
			<td></td>
			<td>5&#39;-d (TTTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG) FL-AS1411 (fluorophore-labeled AS1411)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous Tetrahydrofuran (THF)</td>
			<td>SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell counting kit-8 (CCK-8)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>96992-500TESTS-F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane</td>
			<td>Traditional Chinese medicine</td>
			<td>80047318</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl ether (Et2O)</td>
			<td>SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide</td>
			<td>Macklin</td>
			<td>D806645</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s modified Eagle&#39;s medium (DMEM)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Doxorubicin hydrochloride</td>
			<td>Rhawn</td>
			<td>R017518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ether absolute</td>
			<td>Traditional Chinese medicine</td>
			<td>80059618</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Field Emission Transmission Electron Microscope</td>
			<td>FEI Company</td>
			<td>Tecnai G2 F 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold(III) chloride trihydrate</td>
			<td>Rhawn</td>
			<td>R016035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser Particle-size Instrument</td>
			<td>Malvern Instruments Ltd</td>
			<td>ZetasizerNanoZS/Masterszer3000E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate Reader</td>
			<td>Molecular Devices</td>
			<td>SpectraMax 190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-(3-Dimethylaminopropyl)-N&#39;-ethylcarbodiimide hydrochloride</td>
			<td>Macklin</td>
			<td>N808856</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Hydroxysuccinimide</td>
			<td>Macklin</td>
			<td>H6231</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR software</td>
			<td>Delta 5.2.1</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JNM-ECZ600R/S3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Origin 8.5</td>
			<td>OriginLab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>V900929-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate-buffered saline</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>P4417-100TAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene glycol)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>81188</td>
			<td>BioUltra, average Mn ~ 1000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly (ethyleneimine) solution</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>482595</td>
			<td>average Mn ~ 1200, 50 wt.% in H2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium borohydride, powder</td>
			<td>Acros</td>
			<td>C18930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>85886-10ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Succinic anhydride</td>
			<td>Traditional Chinese medicine</td>
			<td>30171826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran</td>
			<td>Traditional Chinese medicine</td>
			<td>40058161</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triethylamine</td>
			<td>Traditional Chinese medicine</td>
			<td>80134318</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV/VIS/NIR Spectrometer</td>
			<td>Lambda950</td>
			<td>Lambda950</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray Photoelectron Spectrometer</td>
			<td>Thermo&#8194;Fisher&#8194;Scientific</td>
			<td>K-ALPHA 0.5EV</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis of aptamer-pei-g-peg modified gold nanoparticles loaded with doxorubicin for targeted drug delivery

Debido a la resistencia a los medicamentos y a la toxicidad en células sanas, el uso del doxorubicin (DOX) se ha limitado en terapia clínica del cáncer. Este protocolo describe el diseño de poli(etilenimina) injertado con polietilenglicol (PEI-g-PEG) copolímero funcionalizado nanopartículas de oro (AuNPs) con aptámero cargado (AS1411) y DOX a través de reacciones de amida. AS1411 se une específicamente con los receptores de nucleolina dirigidos en las células cancerosas para que DOX se dirija a las células cancerosas en lugar de las células sanas. Primero, la CLAVIJA es carboxylated, después injertada a PEI ramificado para obtener un copolímero de PEI-g-PEG, que es confirmado por el análisis de 1H NMR. A continuación, se sintetizan nanopartículas de oro recubiertas de copolímero PEI-g-PEG (PEI-g-PEG@AuNPs), y DOX y AS1411 se unen covalentemente a AuNPs gradualmente a través de reacciones de amida. El diámetro del AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs preparado es de ~39,9 nm, con un potencial zeta de -29,3 mV, lo que indica que las nanopartículas son estables en agua y medio celular. Los ensayos de citotoxicidad celular muestran que los AuNPs cargados de DOX de nuevo diseño son capaces de matar las células cancerosas (A549). Esta síntesis demuestra la delicada disposición de los copolímeros PEI-g-PEG, aptámeros y DOX en AuNPs que se logran mediante reacciones secuenciales de amida. Tales AuNPs funcionalizados aptamer-PEI-g-PEG proporcionan una plataforma prometedora para la entrega de la droga apuntada en terapia del cáncer.

1 Se utilizó la espectroscopia de RMN H para confirmar la síntesis exitosa de polímero CT-PEG y copolímeros PEI-g-PEG(Figura 2). La Figura 2a muestra que la señal de protones de metileno a δ = 3,61 ppm y la señal de protones carboxilos a δ = 2,57 ppm confirman la síntesis exitosa de polímeros CT-PEG. La Figura 2b muestra que la señal de protones de metileno de PEG a δ = 2,6 ppm y la ...

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Synthesis of Aptamer-PEI-g-PEG Modified Gold Nanoparticles Loaded with Doxorubicin for Targeted Drug Delivery

En este protocolo, las nanopartículas de oro modificadas con doxorrubicina AS1411-g-PEI-g-PEG se sintetizan a través de reacciones de amida de tres pasos. Luego, la doxorrubicina se carga y se administra a las células cancerosas diana para el tratamiento del cáncer.

Síntesis De Aptamer-PEI-g-PEG Nanopartículas De Oro Modificadas Cargadas Con Doxorrubicina Para La Administración De Fármacos Dirigidos

Due to drug resistance and toxicity in healthy cells, use of doxorubicin (DOX) has been limited in clinical cancer therapy. This protocol describes the ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

Template Directed Synthesis of Plasmonic Gold Nanotubes with Tunable IR Absorbance

Plantilla Dirigida Síntesis de nanotubos de oro plasmónicos con Tunable absorbancia IR

A nearly parallel array of pores can be produced by anodizing aluminum foils in acidic environments1, 2. Applications of anodic aluminum oxide (AAO) ...

Investigación

Química

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Chitosan (CS) and dextran sulfate (DS) are charged polysaccharides (glycans), which form polyelectrolyte complex-based nanoparticles when mixed under ...

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