Name: formulation and characterization of bioactive agent containing nanodisks
Uploaded: 2023-03-17T14:15:00
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Ce travail a été soutenu par une subvention des National Institutes of Health (R37 HL-64159).

1. Transformation, expression et purification du composant protéique d’échafaudage
<ol><li>Transformation bactérienne BL21 avec plasmide contenant de l’apoE4-NT<ol><li>Décongeler un tube de cellules compétentes BL21 (DE3) sur de la glace pendant 10 min.</li>
		<li>Une fois que toute la glace a fondu, mélanger doucement et soigneusement pipeter 50 μL des cellules dans un tube de transformation sur de la glace.</li>
		<li>Ajouter 5 μL contenant 50 ng d’ADN plasmidique (pour la séquence, vo...

<ol>
	<li>Fox, C. A., Moschetti, A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstituted+HDL+as+a+therapeutic+delivery+device.">Reconstituted HDL as a therapeutic delivery device.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids. 1866 (11), 159025 (2021).</li><li>Ong, K. L., Cochran, B. J., Manandhar, B., Thomas, S., Rye, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HDL+maturation+and+remodelling.">HDL maturation and remodelling.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Molecular and Cell Biology of Lipids. 1867 (4), 159119 (2022).</li><li>Nicholls, S. J., 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=Effect+of+serial+infusions+of+CER-001,+a+pre-&#946;+high-density+lipoprotein+mimetic,+on+coronary+atherosclerosis+in+patients+following+acute+coronary+syndromes+in+the+CER-001+Atherosclerosis+Regression+Acute+Coronary+Syndrome+Trial:+a+randomized+clinical+trial.">Effect of serial infusions of CER-001, a pre-&#946; high-density lipoprotein mimetic, on coronary atherosclerosis in patients following acute coronary syndromes in the CER-001 Atherosclerosis Regression Acute Coronary Syndrome Trial: a randomized clinical trial.</a> JAMA Cardiology. 3 (9), 815-822 (2018).</li><li>Kingwell, B. A., Chapman, M. J., Kontush, A., Miller, N. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=HDL-targeted+therapies:+progress,+failures+and+future.">HDL-targeted therapies: progress, failures and future.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 13 (6), 445-464 (2014).</li><li>Denisov, I. G., Sligar, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodiscs+for+structural+and+functional+studies+of+membrane+proteins.">Nanodiscs for structural and functional studies of membrane proteins.</a> Nature Structure &amp; Molecular Biology. 23 (6), 481-486 (2016).</li><li>Hoel, C. M., Zhang, L., Brohawn, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+the+GOLD-domain+seven-transmembrane+helix+protein+family+member+TMEM87A.">Structure of the GOLD-domain seven-transmembrane helix protein family member TMEM87A.</a> eLife. 11, e81704 (2022).</li><li>P&#233;rez-Medina, C., 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=PET+imaging+of+tumor-associated+macrophages+with+89Zr-labeled+high-density+lipoprotein+nanoparticles.">PET imaging of tumor-associated macrophages with 89Zr-labeled high-density lipoprotein nanoparticles.</a> Journal of Nuclear Medicine. 56 (8), 1272-1277 (2015).</li><li>Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+cardiolipin+interactome.">Studies of the cardiolipin interactome.</a> Progress in Lipid Research. 88, 101195 (2022).</li><li>Ryan, R. O., Forte, T. M., Oda, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+bacterial+expression+of+human+apolipoprotein+A-I.">Optimized bacterial expression of human apolipoprotein A-I.</a> Protein Expression and Purification. 27 (1), 98-103 (2003).</li><li>Argyri, L., Skamnaki, V., Stratikos, E., Chroni, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+approach+for+human+recombinant+apolipoprotein+E4+expression+and+purification.">A simple approach for human recombinant apolipoprotein E4 expression and purification.</a> Protein Expression and Purification. 79 (2), 251-257 (2011).</li><li>Lethcoe, K., Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Foam+fractionation+of+a+recombinant+biosurfactant+apolipoprotein.">Foam fractionation of a recombinant biosurfactant apolipoprotein.</a> Journal of Biotechnology. 343, 25-31 (2022).</li><li>Fisher, C. 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=Bacterial+overexpression,+isotope+enrichment,+and+NMR+analysis+of+the+N-terminal+domain+of+human+apolipoprotein+E.">Bacterial overexpression, isotope enrichment, and NMR analysis of the N-terminal domain of human apolipoprotein E.</a> Biochemistry and Cell Biology. 75 (1), 45-53 (1997).</li><li>Jonas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstitution+of+high-density+lipoproteins.">Reconstitution of high-density lipoproteins.</a> Methods in Enzymology. 128, 553-582 (1986).</li><li>Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodisks:+hydrophobic+drug+delivery+vehicles.">Nanodisks: hydrophobic drug delivery vehicles.</a> Expert Opinion on Drug Delivery. 5 (3), 343-351 (2008).</li><li>Oda, M. N., 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=Reconstituted+high+density+lipoprotein+enriched+with+the+polyene+antibiotic+amphotericin+B.">Reconstituted high density lipoprotein enriched with the polyene antibiotic amphotericin B.</a> Journal of Lipid Research. 47 (2), 260-267 (2006).</li><li>Redmond, K. A., Nguyen, T. S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All-trans-retinoic+acid+nanodisks.">All-trans-retinoic acid nanodisks.</a> International Journal of Pharmaceutics. 339 (1-2), 246-250 (2007).</li><li>Ghosh, 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=Curcumin+nanodisks:+formulation+and+characterization.">Curcumin nanodisks: formulation and characterization.</a> Nanomedicine. 7 (2), 162-167 (2011).</li><li>Yuan, 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=Synthetic+high-density+lipoproteins+for+delivery+of+10-hydroxycamptothecin.">Synthetic high-density lipoproteins for delivery of 10-hydroxycamptothecin.</a> International Journal of Nanomedicine. 11, 6229-6238 (2016).</li><li>Zhao, P., 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=Sphingadienes+show+therapeutic+efficacy+in+neuroblastoma+in+vitro+and+in+vivo+by+targeting+the+AKT+signaling+pathway.">Sphingadienes show therapeutic efficacy in neuroblastoma in vitro and in vivo by targeting the AKT signaling pathway.</a> Investigational New Drugs. 36 (5), 743-754 (2018).</li><li>Moschetti, 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=Assembly+and+characterization+of+biocompatible+coenzyme+Q10+enriched+lipid+nanoparticles.">Assembly and characterization of biocompatible coenzyme Q10 enriched lipid nanoparticles.</a> Lipids. 55 (2), 141-149 (2020).</li><li>Krishnamoorthy, A., Witkowski, A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nutlin-3a+nanodisks+induce+p53+stabilization+and+apoptosis+in+a+subset+of+cultured+glioblastoma+cells.">Nutlin-3a nanodisks induce p53 stabilization and apoptosis in a subset of cultured glioblastoma cells.</a> Journal of Nanomedicine and Nanotechnology. 8 (4), 454 (2017).</li><li>Moschetti, A., Fox, C. A., McGowen, S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lutein+nanodisks+protect+retinal+pigment+epithelial+cells+from+UV+light+induced+damage.">Lutein nanodisks protect retinal pigment epithelial cells from UV light induced damage.</a> Frontiers in Nanotechnology. 4, 955022 (2022).</li><li>Scheetz, L. 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=Synthetic+HDL+nanoparticles+delivering+docetaxel+and+CpG+for+chemoimmunotherapy+of+colon+adenocarcinoma.">Synthetic HDL nanoparticles delivering docetaxel and CpG for chemoimmunotherapy of colon adenocarcinoma.</a> International Journal of Molecular Sciences. 21 (5), 1777 (2020).</li><li>Duivenvoorden, 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=A+statin-loaded+reconstituted+high-density+lipoprotein+nanoparticle+inhibits+atherosclerotic+plaque+inflammation.">A statin-loaded reconstituted high-density lipoprotein nanoparticle inhibits atherosclerotic plaque inflammation.</a> Nature Communications. 5, 3065 (2014).</li><li>Hargreaves, P. L., Nguyen, T. S., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectroscopic+studies+of+amphotericin+B+solubilized+in+nanoscale+bilayer+membranes.">Spectroscopic studies of amphotericin B solubilized in nanoscale bilayer membranes.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1758 (1), 38-44 (2006).</li><li>Tufteland, M., Pesavento, J. B., Bermingham, R. L., Hoeprich Jr, P. D., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Peptide+stabilized+amphotericin+B+nanodisks.">Peptide stabilized amphotericin B nanodisks.</a> Peptides. 28 (4), 741-746 (2007).</li><li>Tufteland, M., Ren, G., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanodisks+derived+from+amphotericin+B+lipid+complex.">Nanodisks derived from amphotericin B lipid complex.</a> Journal of Pharmaceutical Sciences. 97 (10), 4425-4432 (2008).</li><li>Nguyen, T. S., 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=Amphotericin+B+induces+interdigitation+of+apolipoprotein+stabilized+nanodisk+bilayers.">Amphotericin B induces interdigitation of apolipoprotein stabilized nanodisk bilayers.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1778 (1), 303-312 (2008).</li><li>Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanobiotechnology+applications+of+reconstituted+high+density+lipoprotein.">Nanobiotechnology applications of reconstituted high density lipoprotein.</a> Journal of Nanobiotechnology. 8, 28 (2010).</li><li>Lalefar, N. R., Witkowski, A., Simonsen, J. B., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wnt3a+nanodisks+promote+ex+vivo+expansion+of+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells.">Wnt3a nanodisks promote ex vivo expansion of hematopoietic stem and progenitor cells.</a> Journal of Nanobiotechnology. 14 (1), 66 (2016).</li><li>Crosby, N. 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=Anti-CD20+single+chain+variable+antibody+fragment-apolipoprotein+A-I+chimera+containing+nanodisks+promote+targeted+bioactive+agent+delivery+to+CD20-positive+lymphomas.">Anti-CD20 single chain variable antibody fragment-apolipoprotein A-I chimera containing nanodisks promote targeted bioactive agent delivery to CD20-positive lymphomas.</a> Biochemistry and Cell Biology. 93 (4), 343-350 (2015).</li><li>Ghosh, M., Ren, G., Simonsen, J. B., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cationic+lipid+nanodisks+as+an+siRNA+delivery+vehicle.">Cationic lipid nanodisks as an siRNA delivery vehicle.</a> Biochemistry and Cell Biology. 92 (3), 200-205 (2014).</li><li>Fox, C. A., Ellison, P., Ikon, N., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-induced+transformation+of+cardiolipin+nanodisks.">Calcium-induced transformation of cardiolipin nanodisks.</a> Biochimica et Biophysica Acta. Biomembranes. 1861 (5), 1030-1036 (2019).</li><li>Fox, C. A., Lethcoe, K., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Calcium-induced+release+of+cytochrome+c+from+cardiolipin+nanodisks:+Implications+for+apoptosis.">Calcium-induced release of cytochrome c from cardiolipin nanodisks: Implications for apoptosis.</a> Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1861 (12), 183722 (2021).</li><li>Fox, C. A., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dye+binding+assay+reveals+doxorubicin+preference+for+DNA+versus+cardiolipin.">Dye binding assay reveals doxorubicin preference for DNA versus cardiolipin.</a> Analytical Biochemistry. 594, 113617 (2020).</li><li>Fox, C. A., Romenskaia, I., Dagda, R. K., Ryan, R. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiolipin+nanodisks+confer+protection+against+doxorubicin-induced+mitochondrial+dysfunction.">Cardiolipin nanodisks confer protection against doxorubicin-induced mitochondrial dysfunction.</a> Biochimica et Biophysica Acta Biomembranes. 1864 (10), 183984 (2022).</li></ol>

La formulation d’un agent bioactif contenant des nanodisques fournit une méthode pratique pour solubiliser des composés hydrophobes autrement insolubles. Étant donné que les nanodisques d’agents bioactifs du produit sont entièrement solubles dans les milieux aqueux, ils constituent une méthode d’administration utile pour un large éventail de molécules hydrophobes (tableau 1). Il s’agit notamment des petites molécules, des drogues naturelles et synthétiques, des phytonutriments, des horm...

Les lipoprotéines discoïdales naissantes de haute densité (HDL) sont des progéniteurs naturels du HDL sphérique beaucoup plus abondant présent dans le système circulatoire humain. Ces particules naissantes, également appelées pré-ß HDL, possèdent des propriétés structurelles uniques et distinctives1. En effet, plutôt que d’exister sous forme de particule sphéroïdale, les HDL naissants sont en forme de disque. Des études approfondies de caractérisation structurale sur les HDL discoïdaux naturels et reconstitués ont révélé qu’ils sont constitués d’une bicouche phospholipide dont le périmètre est circonscrit par une apolipoprotéine échangeable amphipathique (apo), telle que l’apoA-I. Dans le métabolisme des lipoprotéines humaines, les HDL naissants circulants accumulent des lipides des cellules périphériques et mûrissent en HDL sphériques dans un processus qui dépend de médiateurs protéiques clés, y compris le transporteur de cassette de liaison ATP A1 et l’acyltransférse lécithine:cholestérol2. Ce processus représente un élément essentiel de la voie de transport inverse du cholestérol qui est considérée comme protectrice contre les maladies cardiaques. Forts de ces connaissances et de la capacité de reconstituer les HDL discoïdaux, les chercheurs ont utilisé ces particules comme intervention thérapeutique pour traiter l’athérosclérose3. En substance, la perfusion de HDL reconstitué (rHDL) chez les patients favorise l’efflux de cholestérol des dépôts de plaque et le renvoie au foie pour la conversion en acides biliaires et l’excrétion du corps. Plusieurs sociétés biotechnologiques/pharmaceutiques poursuivent cette stratégie de traitement4.
Dans le même temps, la capacité de générer ces particules en laboratoire a déclenché une vague d’activités de recherche qui ont conduit à de nouvelles applications et à de nouvelles technologies. Une application importante implique l’utilisation de particules rHDL comme membrane miniature pour abriter des protéines transmembranaires dans un environnement de type natif5. À ce jour, des centaines de protéines ont été incorporées avec succès dans le rHDL discoïdal, et la recherche a démontré que ces protéines conservent à la fois la conformation native et l’activité biologique en tant que récepteurs, enzymes, transporteurs, etc. Ces particules, appelées « nanodisques », se sont également révélées se prêtant à une caractérisation structurale, souvent à haute résolution6. Cette approche des recherches sur les protéines transmembranaires est reconnue comme supérieure aux études sur les micelles ou les liposomes de détergent et, par conséquent, progresse rapidement. Il est important de reconnaître que deux méthodes distinctes ont été rapportées qui sont capables de former un rHDL. La méthode de « dialyse au cholate »13 est populaire pour les applications liées à l’incorporation de protéines transmembranaires dans la bicoucherHDL 5. Essentiellement, cette méthode de formulation consiste à mélanger un phospholipide formant une bicouche, une protéine d’échafaudage et la protéine transmembranaire d’intérêt dans un tampon contenant le détergent cholate de sodium (ou désoxycholate de sodium; masse moléculaire micelle [MW] de 4 200 Da). Le détergent solubilise efficacement les différents composants de la réaction, ce qui permet de dialyser l’échantillon contre un tampon détergent. Pendant l’étape de dialyse, lorsque le détergent est retiré de l’échantillon, un rHDL se forme spontanément. Lorsque cette approche est utilisée pour piéger une protéine transmembranaire d’intérêt, les particules de produit ont été appelées nanodisques5. Les tentatives d’utilisation de cette méthode pour incorporer des agents bioactifs hydrophobes à petites molécules (MW <1 000 Da), cependant, ont été largement infructueuses. Contrairement aux protéines transmembranaires, les agents bioactifs à petites molécules sont capables de s’échapper du sac de dialyse avec le détergent, ce qui diminue considérablement leur efficacité d’incorporation dans les rHDL. Ce problème a été résolu en omettant les détergents du mélange de formulation14. Au lieu de cela, les composants sont ajoutés séquentiellement à un tampon aqueux, en commençant par la bicouche formant un lipide, formant un agent bioactif stable contenant du rHDL, appelé nanodisque. D’autres ont utilisé le rHDL pour l’incorporation et le transport d’agents d’imagerie in vivo 7. Plus récemment, des rHDL spécialisés composés d’un échafaudage d’apolipoprotéines et du glycérophospholipide anionique, la cardiolipine, ont été utilisés dans des études de liaison aux ligands. Ces particules fournissent une plate-forme pour des études de l’interaction de la cardiolipine avec divers ligands solubles dans l’eau, y compris le calcium, le cytochrome c et l’agent anticancéreux doxorubicine8.
La présente étude est axée sur la formulation de rHDL qui possèdent un agent bioactif hydrophobe incorporé de manière stable (c.-à-d. nanodisque). La capacité de ces agents à s’intégrer dans le milieu lipidique des particules discoïdales de rHDL leur confère efficacement une solubilité aqueuse. En tant que tels, les nanodisques ont le potentiel pour des applications thérapeutiques in vivo . Lors de la formulation de nanodisques, des conditions d’incubation / réaction spécifiques sont nécessaires pour incorporer avec succès des agents bioactifs hydrophobes discrets dans la particule du produit, et l’objectif de ce rapport est de fournir des informations pratiques détaillées qui peuvent être utilisées comme modèle fondamental pour la création de nouvelles particules de nanodisques pour des applications spécifiques. Ainsi, dans le contexte de ce manuscrit, les termes nanodisque et nanodisque ne sont pas interchangeables. Alors que nanodisque fait référence à un rHDL formulé pour contenir une protéine transmembranaire intégrée dans sa bicouche lipidique5, le terme nanodisque fait référence à un rHDL formulé pour incorporer des agents bioactifs hydrophobes de faible poids moléculaire (< 1 000 Da), tels que l’amphotéricine B14.
Diverses méthodes sont disponibles pour l’acquisition de protéines d’échafaudage appropriées. Il est possible d’acheter des protéines d’échafaudage auprès de fabricants [par exemple, apoA-I (SRP4693) ou apoE4 (A3234)], mais le coût peut être un facteur limitant. Une approche privilégiée consiste à exprimer des protéines d’échafaudage recombinantes dans Escherichia coli. Des protocoles sont publiés pour l’apoA-I 99, l’apoE410 humaine, ainsi que pour la protéine d’hémolymphe d’insecte apolipophorin-III11. Pour les besoins des expériences décrites ici, le domaine N-terminal (NT) apoE4 humain recombinant (acides aminés 1-183) a été utilisé. La séquence nucléotidique codant pour l’apoE4-NT humain a été synthétisée et insérée dans un vecteur d’expression pET-22b (+) directement adjacent à la séquence de tête pelB codée par le vecteur. Cette construction conduit à l’expression d’une protéine de fusion pelB leader-apoE4-NT. Après la synthèse des protéines, la séquence de tête pelB bactérienne dirige la protéine nouvellement synthétisée vers l’espace périplasmique où la peptidase leader clive la séquence pelB. La protéine apoE4-NT résultante, sans marqueurs de séquence ni queues, échappe ensuite aux bactéries et s’accumule dans le milieude culture 11,12, simplifiant le traitement en aval.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>Amphotericin B</td>
			<td>Cayman Chemical Company</td>
			<td>11636</td>
			<td>ND Formulation &#38; Standard Preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ampicillin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP17925</td>
			<td>Transformation &#38; Expansion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ApoE4-NT Plasmid</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Baffled Flask</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BL21 competent E coli</td>
			<td>New England Biolabs</td>
			<td>C2527I</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge bottles</td>
			<td>Nalgene</td>
			<td>3140-0250</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chloroform</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>G607-4</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>472301</td>
			<td>Standard Prepartation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dymyristoylphosphatidylcholine</td>
			<td>Avanti Lipids</td>
			<td>850345P</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Erlenmeyer flask</td>
			<td>Bellco Biotechnology</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon Tubes</td>
			<td>Sarstedt Ag &#38; Co</td>
			<td>D51588</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass borosilicate tubes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>47729-570</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GraphPad (Software)</td>
			<td>Dotmatics</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heated Sonication Bath</td>
			<td>VWR</td>
			<td>N/A</td>
			<td>ND Formulaton</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating and Nitrogen module</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>TS-18822</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HiTrap Heparin HP (5 mL)</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-0407-03</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl &#946;-D-1-thiogalactopyranoside&#160;</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1755</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>J-25 Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>J325-IM-2</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JA-14 Rotor</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>339247</td>
			<td>Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lyophilizer</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>7755030</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>A452-4</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td>Praxair</td>
			<td>UN1066</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NZCYM media</td>
			<td>RPI Research Products</td>
			<td>N7200-1000.0</td>
			<td>Expansion &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pet-22B vector</td>
			<td>GenScript</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Transformation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB0875718</td>
			<td>Transformation &#38; Expansion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Cuvettes</td>
			<td>Fisher Brand</td>
			<td>14385 928A</td>
			<td>Spectral Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaking Incubator</td>
			<td>New Brunswick Scientific</td>
			<td>M1344-0004</td>
			<td>Transformation, Expansion, &#38; Expression</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Slide-A-Lyzer Buoys</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>66430</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SnakeSkin Dialysis Tubing</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>68100</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SnakeSkin Dialysis Tubing</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>88243</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S271</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate dibasic</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S374-500</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate monobasic</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP329-500</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectra/POR Weighted Closures</td>
			<td>Spectrum Medical Industries</td>
			<td>132736</td>
			<td>Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrophotometer</td>
			<td>Shimadzu UV-1800</td>
			<td>220-92961-01</td>
			<td>spectral analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tabletop Centrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>366816</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UVProbe 2.61 (Software)</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Spectral Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum filter</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>9004-70-0</td>
			<td>Expression &#38; Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum pump</td>
			<td>GAST Manufacturing Inc</td>
			<td>DOA-P704-AA</td>
			<td>Expression &#38; Purification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vortex</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-812</td>
			<td>ND Formulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast</td>
			<td>N/A</td>
			<td>BY4741</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Yeast Extract-Peptone-Dextrose</td>
			<td>BD</td>
			<td>242820</td>
			<td>Yeast Viability Assay</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

formulation and characterization of bioactive agent containing nanodisks

Le terme nanodisque fait référence à un type discret de nanoparticule composé d’un lipide formant une bicouche, d’une protéine d’échafaudage et d’un agent bioactif intégré. Les nanodisques sont organisés comme une bicouche lipidique en forme de disque dont le périmètre est circonscrit par la protéine d’échafaudage, généralement un membre de la famille des apolipoprotéines échangeables. De nombreux agents bioactifs hydrophobes ont été efficacement solubilisés dans des nanodisques par leur intégration dans le milieu hydrophobe de la bicouche lipidique de la particule, ce qui donne une population largement homogène de particules de l’ordre de 10 à 20 nm de diamètre. La formulation de nanodisques nécessite un rapport précis de composants individuels, une addition séquentielle appropriée de chaque composant, suivie d’une sonication en bain du mélange de formulation. La protéine d’échafaudage amphipathique entre spontanément en contact et réorganise le mélange bicouche dispersé formant des lipides et des agents bioactifs pour former une population discrète et homogène de particules de nanodisques. Au cours de ce processus, le mélange réactionnel passe d’un aspect opaque et trouble à un échantillon clarifié qui, lorsqu’il est entièrement optimisé, ne produit aucun précipité lors de la centrifugation. Les études de caractérisation comprennent la détermination de l’efficacité de la solubilisation des agents bioactifs, la microscopie électronique, la chromatographie par filtration sur gel, la spectroscopie d’absorbance ultraviolette visible (UV/Vis) et/ou la spectroscopie de fluorescence. Ceci est normalement suivi d’une étude de l’activité biologique utilisant des cellules ou des souris en culture. Dans le cas des nanodisques hébergeant un antibiotique (c.-à-d. l’amphotéricine B antibiotique polyène macrolide), leur capacité à inhiber la croissance de levures ou de champignons en fonction de la concentration ou du temps peut être mesurée. La relative facilité de formulation, la polyvalence en ce qui concerne les composants, la taille des particules à l’échelle nanométrique, la stabilité inhérente et la solubilité aqueuse permettent une myriade d’applications in vitro et in vivo de la technologie des nanodisques. Dans le présent article, nous décrivons une méthodologie générale pour formuler et caractériser les nanodisques contenant de l’amphotéricine B en tant qu’agent bioactif hydrophobe.

Procédé de formulation de nanodisques d’agent bioactif Dans la procédure de formulation ampB-nanodisque décrite, la réaction est considérée comme terminée lorsque l’aspect de l’échantillon passe de trouble à clair (Figure 1). Ce changement indique que des nanodisques se sont formés et que l’agent bioactif a été solubilisé. Souvent, les agents bioactifs absorbent la lumière dans la région de longueur d’onde visible (par exemple, ampB, curcumine, l...

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Formulation and Characterization of Bioactive Agent Containing Nanodisks

Nous décrivons ici la production et la caractérisation d’agents bioactifs contenant des nanodisques. Les nanodisques d’amphotéricine B sont pris comme exemple pour décrire le protocole de manière progressive.

Formulation et caractérisation d’agents bioactifs contenant des nanodisques

The term nanodisk refers to a discrete type of nanoparticle comprised of a bilayer forming lipid, a scaffold protein, and an integrated bioactive agent. ...

Ce protocole fournit des connaissances pratiques, utiles pour formuler des particules à l’échelle nanométrique, c’est-à-dire des nanodisques, qui incorporent de manière stable un large éventail de molécules bioactives hydrophobes. Cette méthode a de nombreuses applications pratiques.La capacité de conférer une solubilité aqueuse à des composés bioactifs autrement insolubles permet l’utilisation de nanodisques dans les applications d’administration de médicaments. La méthode décrite est simple. Il est préférable de mener des études à l’échelle décrite, cinq milligrammes de phospholipides, deux milligrammes de protéines d’échafaudage, de sorte que la formation de nanodisques soit facilement surveillée par inspection visuelle.Michael Karo et Matthew Swackhammer, étudiants chercheurs de premier cycle au laboratoire Ryan, feront la démonstration de la procédure. Pour préparer une aliquote phospholipidique, peser cinq milligrammes de DMPC et la transférer dans un tube à essai en verre. Dissoudre le phospholipide en ajoutant 300 microlitres de chloroforme et 100 microlitres de méthanol pour un rapport de trois à un.Évaporer le solvant organique en plaçant le tube à essai en verre sous un léger jet d’azote gazeux pendant 10 à 15 minutes, de sorte qu’une fine pellicule de phospholipides séchés se forme le long des parois de la partie inférieure du tube. Pour formuler des disques d’amphotéricine B ou d’AmpB-Nanodisks, pipeter 450 microlitres de PBS sur l’aliquote phospholipide lyophilisé et vorter pendant 30 secondes pour disperser le lipide. Pipeter 50 microlitres de 20 milligrammes par millilitre de solution mère d’AmpB dans l’échantillon de phospholipides dispersé et le vortex.Ajouter 500 microlitres de protéine d’échafaudage ApoE4 NT de quatre milligrammes par millilitre au tube à essai en verre contenant le phospholipide dispersé et l’AmpB. Bain soniquer l’échantillon à 24 degrés Celsius jusqu’à ce que la solution se clarifie. Pour la dialyse AmpB-Nanodisk, préparez une section de tuyau de dialyse en le trempant soigneusement dans de l’eau distillée désionisée pendant 10 minutes.À l’aide d’une pince de tuyau de dialyse, serrez une extrémité de la tubulure de dialyse trempée, en veillant à ce qu’aucun liquide ne puisse s’échapper. Insérez un entonnoir de col étroit dans l’extrémité ouverte du tube de dialyse et transférez l’échantillon AmpB-Nanodisk dans le tube de dialyse. Retirez l’entonnoir et serrez l’extrémité du tube de dialyse avec une autre pince de tube de dialyse.Placez un flotteur de dialyse en mousse sur l’une des extrémités scellées du tube de dialyse et placez le tube de dialyse assemblé dans le bécher contenant un tampon PBS d’un litre fraîchement préparé. Placez une barre d’agitation magnétique dans le fond du bécher et réglez la commande d’agitation à basse température, en veillant à ne pas produire de vortex. Laissez la dialyse se poursuivre toute la nuit à quatre degrés Celsius.Allumez le spectrophotomètre en actionnant l’interrupteur d’alimentation et connectez-vous à un ordinateur de support correspondant en appuyant sur Contrôle PC. Sur l’ordinateur de support, ouvrez le logiciel intitulé UVProbe 2.61 et connectez-vous au spectrophotomètre en cliquant sur connecter dans le coin inférieur gauche. Cliquez sur le spectre, puis cliquez sur méthode dans la barre d’outils supérieure.Cliquez sur l’onglet de mesure et entrez 500 dans la zone de texte de début située sous la plage de longueurs d’onde et 300 dans la zone de texte de fin. Cliquez sur le menu déroulant à côté de l’onglet intitulé vitesse d’analyse » et réglez-le sur moyen. Préparer un blanc d’échantillon en transférant un millilitre de DMSO dans deux cuvettes de quartz.Chargez les deux cuvettes dans les orifices d’échantillonnage respectifs du spectrophotomètre. Cliquez sur auto blank » et enregistrez un spectre de 300 à 500 nanomètres en cliquant sur Démarrer dans le coin inférieur gauche. Pour l’analyse spectrale standard AmpB, retirez la cuvette du port d’échantillonnage avant et ajoutez 20 microlitres d’un milligramme par millilitre de solution mère AmpB.Rechargez la cuvette dans la carte d’échantillonnage et cliquez sur Démarrer pour enregistrer l’absorbance de l’échantillon. Après avoir enregistré l’absorbance de l’échantillon, retirer la cuvette et décanter le contenu liquide dans un récipient à déchets. Rincer soigneusement la cuvette avec trois lavages à l’eau désionisée, suivis de trois lavages à l’éthanol à 70%.Pour l’analyse spectrale de l’AmpB-Nanodisque perturbé, préparez l’échantillon en pipetant 20 microlitres d’un milligramme par millilitre de stock AmpB-Nanodisk dans un millilitre de DMSO, et incuber pendant une minute avant d’enregistrer le spectre. Chargez la cuvette dans l’orifice d’échantillonnage avant et cliquez sur Démarrer pour enregistrer l’absorbance de l’échantillon. Pour l’analyse spectrale d’un blanc tampon PBS, préparez un blanc en transférant un millilitre de PBS dans deux cuvettes de quartz.Chargez les cuvettes dans le port d’échantillonnage. Cliquez sur auto blank » et enregistrez le spectre de 300 à 500 nanomètres. Pour l’analyse spectrale d’un échantillon AmpB-Nanodisk non perturbé, retirez la cuvette du port d’échantillon avant et ajoutez 20 microlitres d’un échantillon AmpB-Nanodisk d’un milligramme par millilitre dans le tampon PBS.Rechargez la cuvette dans la carte d’échantillonnage. Cliquez sur Démarrer et enregistrez l’échantillon de spectre. La réaction de formulation AmpB-Nanodisk est considérée comme terminée lorsque l’apparence de l’échantillon passe de trouble à clair.La spectroscopie d’absorption visible UV d’échantillons AmpB dans le DMSO et le PBS est montrée. Dans le DMSO, trois maxima d’absorbance distinctifs à 372, 392 et 415 nanomètres, pics indicatifs de l’ampB, ont été observés. Les spectres d’absorbance des nanodisques AmpB dans le PBS ont montré un seul pic d’absorbance majeur à une longueur d’onde plus courte.En comparaison, les spectres d’absorbance des AmpB-Nanodisques dans le DMSO semblaient similaires aux spectres des AmpB de stock. L’activité biologique des nanodisques AmpB a été réalisée en évaluant les tests d’inhibition de la croissance des levures. Des échantillons témoins comme le PBS, le DMSO et les lipoprotéines de haute densité reconstituées ont démontré que les composants des nanodisques autres que l’AmpB n’ont aucun effet perceptible sur la croissance des levures.Le témoin positif a confirmé que l’AmpB est un inhibiteur efficace de la croissance des levures. Dans le cas des nanodisques AmpB, une activité d’inhibition de la croissance dépendante de la concentration a été observée. Toutes les préparations de nanodisques ne sont pas identiques.Certains peuvent nécessiter plus de temps, des lipides différents ou des protéines d’échafaudage différentes. Ils ne sont qu’indistincts par la clarification de l’échantillon de nanodisque. Cette technique a conduit à de nouvelles nanoparticules utilisées pour étudier la cardiotoxicité induite par la doxorubicine, l’apoptose, les interactions avec les ligands, et a livré de nombreuses molécules bioactives insolubles aqueuses, y compris la lutéine et la curcumine.

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