Name: modulating shape of polyester based polymersomes using osmotic pressure
Uploaded: 2021-04-21T15:00:00
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このプロジェクトは、国立衛生研究所プロジェクト番号5P20GM103499-19が学生主導の研究プロジェクトプログラムを通じて資金を提供しました。この作品は、クレムソンのクリエイティブ・ア問い合わせプログラムによっても部分的にサポートされました。我々はまた、最初にこのプロトコルの作成に取り組んだニコラス・ラモローとアオン・アリを認め、ここで引用された最初の論文を出版する14.

1. 溶媒噴射法を用いた球状ポリマー形成
<ol><li>有機溶剤中のポリエステルの溶解 注:ポリエステルを一度に1つの有機溶媒に溶解してポリマーソームを形成する必要があります。<ol>
<li>ジメチルスルホキシド(DMSO)の中で、PEG-PLAまたはPEG-b-ポリ(乳酸-コグリコール酸)(PEG-PLGA)を1.5%の濃度で溶解します。具体的には、選択したポリエステルの0.015gをDMSO(15mg/mL)の1mLに溶解する。ポリマーの完全溶?...

<ol>
	<li>Varma, L. 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=Recent+advances+in+self-assembled+nanoparticles+for+drug+delivery.">Recent advances in self-assembled nanoparticles for drug delivery.</a> Current Drug Delivery. 17 (4), 279-291 (2020).</li><li>Salatin, S., Maleki Dizaj, S., Yari Khosroushahi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+the+surface+modification,+size,+and+shape+on+cellular+uptake+of+nanoparticles.">Effect of the surface modification, size, and shape on cellular uptake of nanoparticles.</a> Cell Biology International. 39 (8), 881-890 (2015).</li><li>Baio, J. 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A., 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=Shape+characterization+of+polymersome+morphologies+via+light+scattering+techniques.">Shape characterization of polymersome morphologies via light scattering techniques.</a> Polymer. 107, 445-449 (2016).</li><li>Men, Y., 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=Nonequilibrium+Reshaping+of+polymersomes+via+polymer+addition.">Nonequilibrium Reshaping of polymersomes via polymer addition.</a> ACS Nano. 13 (11), 12767-12773 (2019).</li><li>Meeuwissen, S. A., Kim, K. T., Chen, Y., Pochan, D. J., van Hest, J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+shape+transformation+of+polymersome+stomatocytes.">Controlled shape transformation of polymersome stomatocytes.</a> Angewandte Chemie. 123 (31), 7208-7211 (2011).</li><li>Wong, C. K., 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=Faceted+polymersomes:+A+sphere-to-polyhedron+shape+transformation.">Faceted polymersomes: A sphere-to-polyhedron shape transformation.</a> Chemical Science. 10 (9), 2725-2731 (2019).</li><li>Chidanguro, T., Ghimire, E., Simon, Y. 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M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tubular+polymersomes:+A+cross-linker-induced+shape+transformation.">Tubular polymersomes: A cross-linker-induced shape transformation.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (44), 16308-16311 (2013).</li><li>Che, 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=Pathway+dependent+shape-transformation+of+azide-decorated+polymersomes.">Pathway dependent shape-transformation of azide-decorated polymersomes.</a> Chemical Communications. 56 (14), 2127-2130 (2020).</li><li>Haryadi, B. M., 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=Nonspherical+nanoparticle+shape+stability+is+affected+by+complex+manufacturing+aspects:+Its+implications+for+drug+delivery+and+targeting.">Nonspherical nanoparticle shape stability is affected by complex manufacturing aspects: Its implications for drug delivery and targeting.</a> Advanced Healthcare Materials. 8 (18), 11-13 (2019).</li><li>Katterman, C., Pierce, C., Larsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+nanoparticle+shape+modulation+and+polymersome+technology+in+drug+delivery.">Combining nanoparticle shape modulation and polymersome technology in drug delivery.</a> ACS Applied Bio Materials. , (2021).</li></ol>

自己組み立て型システムは、制御不能と言われています。サイズ、形状、構造を含む最終的な特性は、選択された両親媒性の疎水性特性および選択された溶媒環境によって駆動されます。両親媒性ブロックコポリマーは、ギブの自由エネルギーを最小限に抑え、熱力学的平衡23に導く球形に向かう傾向があり、ポリマーソームを形成する。その平衡性のために、ポリマーソ?...

形状変調は、ナノ粒子媒介薬物送達を改善する比較的新しく効率的な方法です。形態の変化は粒子の表面積を増加させるだけでなく、より大きな運搬能力を可能にするが、安定性、循環時間、バイオアベイラビリティ、分子ターゲティング、および制御放出1を改善するために全面的に影響を及ぼす。この方法で焦点を当てたナノ粒子であるポリマーソームは、熱力学的に球形に自己集合する傾向があり、細胞の取り込みでは非現実的であることが証明されており、免疫系では異物としてより容易に検出される。構造をプロレートまたはロッドに伸ばしることができることは、薬物キャリアがネイティブ細胞を模倣することによってマクロファージを回避し、より正常に所望の目標2、3、4、5、6、7に送達することを可能にする。重合体の重要な利点は、ペイロードの膜結合保護、膜の刺激応答性、および親水性および疎水性薬物の二重カプセル化8、9、10を含む、それらが形状変調中に薬物送達の有力な候補を維持する。
ポリマーソームの形状を調節する方法は多くあり、それぞれに長所と短所があります。しかし、これらの方法のほとんどは、溶媒駆動および塩駆動浸透圧変化11の2つのカテゴリに分類される。どちらのアプローチも、ポリマーソームが球状平衡形状に形成された後に存在する曲げエネルギーを克服することを目的とする。浸透圧勾配を導入することにより、ポリマーソームは、強い曲げエネルギー11、12にもかかわらず、細長い構造に曲げることを余儀なくされる。
溶媒ベースの方法は、キムとファンヘスト13の仕事に触発された形状の変化を探ります。彼らは有機溶媒と水混合物でポリマーソームを可塑化し、小胞膜中の有機溶媒をトラップし、小胞コアから水を追い出した。最終的には、パーティクルの内部ボリュームが非常に低いため、粒子が伸びるほどになります。この方法は約束を示していますが、実用性に欠けている。この方法では、変調に関与する個々のポリマー骨格ごとに異なる溶媒が必要です。そのため、形状変化を促進するために広く適用されるわけではない。逆に、塩ベースの方法は均一であり、多くのブロック共重合体系ポリマーに浸透圧を導入することができる1つの普遍的なドライバを利用する。
本プロジェクトでは、ラモローら14によって導入された塩ベースの方法を利用する。このプロトコルは、透析の2ラウンドを含みます。一つは、製造中に二重層に閉じ込められた可能性のある有機溶剤を除去することによりポリ(エチレングリコール)-b-ポリ(PEG-PLA)ポリマーを精製し、固めることを目的とし、形状変化を促進するものである。2番目の透析工程では、50 mM NaCl溶液を導入し、浸透圧勾配を作成して形状変化を促進します。この方法は、溶液中の高調圧ストレスが小胞を15に縮小させることに注意してSalvaらによってサポートされています。この方法は、2つの異なるポリエステル系ポリマー類と50〜200 mM NaClの様々な塩勾配を見て、以前に公開された方法14 に基づいています。ポリエステルは、その生体適合性と生分解のために使用されます。塩勾配は、ブロックコポリマー骨格の疎水性に応じて形状に様々な影響を及ぼす。これは、プロレート、ロッド、およびトマト細胞を作成するために使用することができます。この塩駆動法は、複製の容易さと実験的な汎用性のために選択されました。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>15*45 vials screw thread w/cap attached</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>9609104000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide</td>
			<td>Fisher Chemical</td>
			<td>D128-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl Sulfoxide</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH1115-1LP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoremp stirrers, hotplates, and stirring hotplates</td>
			<td>Fisher scientific</td>
			<td>CIC00008110V19</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LEGATO 130 SYRINGE PUMP</td>
			<td>kd Scientific</td>
			<td>788130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer</td>
			<td>Polysciences Inc</td>
			<td>24381-1</td>
			<td>note the molecular weights when replicating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Poly(ethylene glycol) (2000) Methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide) (4500)</td>
			<td>Sigma aldrich</td>
			<td>764825-1G</td>
			<td>note the molecular weights when replicating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single-Use Syringe/BD PrecisionGlide Needle combination, sterile, BD medical</td>
			<td>BD medical</td>
			<td>BD305620</td>
			<td>Tuberculin</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>BDH</td>
			<td>BDH9286</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer Nano ZS</td>
			<td>Malvern</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

modulating shape of polyester based polymersomes using osmotic pressure

ポリマーソームは、薬物送達用途のための疎水性および親水性ペイロードの両方をカプセル化することができる両親媒性ブロック共重合体から作成された膜結合、二重層小胞である。その約束にもかかわらず、ポリマーソームは、固体ナノ粒子科学者によって示されるように、細胞によって容易に取り込まれていない球形のために適用が制限されている。本稿では、球状ポリ(エチレングリコール)(PEG)系ポリマーソームのアスペクト比を高める塩ベースの方法について説明します。この方法はポリマーソームを伸び、最終的には形成後の透析に塩化ナトリウムを加えることによって最終的な形状を制御することができる。塩濃度は、この方法で説明したように、ポリマー類および標的形状の塩基として使用されているブロック共重合体の疎水性に基づいて変化させることができる。細長いナノ粒子は、マージンが観察される静脈のような、より大口径の血管内の内皮をより良く標的にする可能性を有する。このプロトコルは、ポリマーソームの二重ローディング、長い循環の利点と並行して伸びる技術を利用することによって治療ナノ粒子の適用を拡大することができる。

表 2 は 、プロトコルステップ 1 に従った場合の期待される結果を示しています。DMSOは、ポリマー形成におけるPEG-PLAおよびPEG-PLGAの両方の溶媒として使用されることに注意してください。この溶媒からの偏差は、他の水混和性溶媒が共重合体を溶解するが、結果が変化することが予想されるとして、可能である。PDIが0.2未満になることが予想され、単分散ポリマーソーム<sup class="...

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Modulating Shape of Polyester Based Polymersomes using Osmotic Pressure

ポリマーソームは、ギブの自由エネルギーを最小限に抑えるために球形で形成される自己組織化されたポリマー小胞である。薬物送達の場合、より細長い構造が有益である。このプロトコルは、塩を使用して浸透圧を誘導し、内部の小胞体積を減少させるために、細長いアスペクト比を持つ、より多くの棒状ポリマーソームを作成する方法を確立します。

浸透圧を用いたポリエステル系ポリマーの変形形状

Polymersomes are membrane-bound, bilayer vesicles created from amphiphilic block copolymers that can encapsulate both hydrophobic and hydrophilic payloads ...

ナノ粒子形状は細胞の取り込みに影響を与えるが、ポリマーソームの形状を変える作業は限られている。このプロトコルは、強化された薬物送達用途のためにポリマーソームを伸びる方法を示す。この手法は、薬物送達、疑似細胞、またはその他の未踏の分野での潜在的な用途を持つ多くの異なるポリマー形状を作成できる簡単なアプローチを提供します。細長いポリマーソームは、疎水性薬物と親水性薬物を同時に細胞に容易に送達することができる。この技術は、血液脳関門を越えて薬物をシャトルするのに役立ち、主要な医学的課題に対処する可能性があります。まず、1ミリリットルのDMSOに選択したポリエステル0.015グラムを15分間ボルテックスして溶解し、溶媒噴射装置を設置した。スタートプレートを垂直シリンジポンプの真下に置き、2つの脱イオン水を1ミリリットルずつ持つ5ミリリットルのガラス胆汁を、攪拌プレートのミニチュアスターバーに入れます。注射器ポンプの高さを調整して、針の先端を2種類の脱イオン水に完全に浸漬し、シリンジポンプの注入速度を毎分5マイクロリットルに設定します。有機溶剤とポリエステル溶液を27ゲージ針に引き出して溶剤注入を行います。注射器ポンプに針を入れ、しっかりと固定されていることを確認します。プッシャーブロックを調整して、シリンジプランジャーの端に触れます。1分間に100回転で水が回転するように攪拌プレートを開始し、シリンジポンプを開始します。シリンジポンプが有機溶媒とポリマーを完全に水に注入したら、かき混ぜ棒を取り除き、ガラスの皮をキャップします。動的光散乱またはDLSによるポリマーの特性評価のために、少量の有機溶媒とポリマーを含む1ミリリットルの水を1ミリリットルのキュベットに加える。システムにキュヴェットを配置し、実行を設定することによって、DLSを実行しました。重合強度加重径および多分散度指標またはPDIを読み取る。製造業者が提供するプロトコルに従って300キロダルトン透析膜を洗浄した後、1ミリリットルのポリマー溶液を透析装置の貯蔵所に加える。250ミリリットルビーカーに透析装置を入れ、2種類の脱イオン水を150ミリリットルの水で攪拌プレートに置きます。攪拌板を透析装置の穏やかな動きを可能にする速度に設定し、一晩かき混ぜるためにそれを残します。透析が完了した後、透析装置から1ミリリットルのポリマー溶液を抽出する。最終的に望ましいポリマー特性に基づいて塩化ナトリウムの50、100または200ミリモル濃度のいずれかで所望の塩バッファーの150ミリリットルを作成し、150ミリリットルの塩溶液の透析装置の負荷を攪拌のために18時間維持します。形状変調後、DLS測定を行います。PDIの変化がポリマーソームの効果的な形状変化を示唆するので、精神的なポリマーソームと比較してPDI測定に特に注意を払う。イメージング、特に非形状変調ポリマーに適したコントロールを使用して、メソッドの成功を確実にします。PEG-PLAベースのポリマーソーマのTEM観察は、膜を示す厚い外装線を有する全体的な球形構造を示す。このポリマーは、PEGの外層のようなブラシを用いて物理構造およびSEMとして存在する。水中での1時間の透析は、ポリマー直径を減少させる溶媒除去と同じ全体的な平均直径につながった。有機溶媒の初期濃度が大きくなると、大きな直径が減少することが予想されます。PEG-PLAポリマーソームを作る間、PDIの緩やかな変化が予想され、これは形の変化を示す可能性がある。塩に対するPEG-PLAポリマーよりもわずかに疎水性であるPEG-PLGAポリマーソームを透析する場合、PDIの増加は、PDIの増加につながるすべての探索された塩勾配との伸びとより一貫している。ポリエステル疎水性に関係なく形状変化を引き起こすために50ミリモル塩勾配を使用する場合、同様の結果を観察する必要があります。一方、100および200ミリモルの塩化ナトリウム塩勾配は、ポリエステル疎水性の増加に伴ってデルタPDIが増加する直接的な傾向を示す。5,000万個の低塩化ナトリウムを透析したPEG-PLAポリマーソームのTEM画像は、トマトサイトおよび細長いロッドで示された。塩濃度が100ミリモルに増加するにつれて、ストマト細胞の数が減少したロッド形成の増加が観察された。200ミリモルポリマーソームに対する透析は、より一貫して適度なアスペクト比でプロレート形成される。このプロトコルの最も困難な部分は、一貫してポリマーを作るです。だから、手順を練習することが重要です。

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Microfluidic Fabrication of Polymeric and Biohybrid Fibers with Predesigned Size and Shape

あらかじめ設計されたサイズと形状を用いるポリマー繊維およびバイオハイブリッド繊維のマイクロ流体製造

A &#8220;sheath&#8221; fluid passing through a microfluidic channel at low Reynolds number can be directed around another &#8220;core&#8221; stream and ...

Fabrication of a Bioactive, PCL-based "Self-fitting" Shape Memory Polymer Scaffold

生理活性、PCLベースの「セルフフィット」形状記憶ポリマー足場の作製

Tissue engineering has been explored as an alternative strategy for the treatment of critical-sized cranio-maxillofacial (CMF) bone defects. Essential to ...

Forming Giant-sized Polymersomes Using Gel-assisted Rehydration

ジェル支援補水を使用した巨大なサイズのポリマーソームを形成します

Polymer vesicles, or polymersomes, are being widely explored as synthetic analogs of lipid vesicles based on their stability, robustness, barrier ...

Ammonia Synthesis at Low Pressure

低圧でのアンモニア合成

Ammonia can be synthesized at low pressure by the use of an ammonia selective absorbent. The process can be driven with wind energy, available locally in ...

Pattern-based Search of Epigenomic Data Using GeNemo

GeNemo を用いたエピゲノム データのパターン ベースの検索

Compared with the robust text-based search tools for genomic or RNA sequencing data, current methodologies for pattern-based searches of epigenomic and ...

Antimicrobial Peptides Produced by Selective Pressure Incorporation of Non-canonical Amino Acids

非正規のアミノ酸類の選択的な圧力の取り込みによって生成される抗菌ペプチド

Nature has a variety of possibilities to create new protein functions by modifying the sequence of the individual amino acid building blocks. However, all ...

Light-sheet Fluorescence Microscopy to Capture 4-Dimensional Images of the Effects of Modulating Shear Stress on the Developing Zebrafish Heart

光シート蛍光顕微鏡のゼブラフィッシュ心臓の開発上のせん断応力を変調効果の 4次元画像をキャプチャするには

The hemodynamic forces experienced by the heart influence cardiac development, especially trabeculation, which forms a network of branching outgrowths ...

A Rapid Image-based Bacterial Virulence Assay Using Amoeba

アメーバを用いた急速なイメージに基づく細菌の病原性試験

Traditional bacterial virulence assays involve prolonged exposure of bacteria over the course of several hours to host cells. During this time, bacteria ...