Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Микрокапли декафторпентана, разработанные с оболочкой из бромида диметилдиоктадециламмония, продемонстрировали исключительную коллоидную стабильность и актрактивный биоинтерфейс. ДДАБ-МД оказались эффективными лекарственными резервуарами, характеризующимися высоким сродством к плазматическим мембранам в сочетании с повышенным поглощением и противоопухолевой активностью доксорубицина в отношении трижды негативного рака молочной железы человека (MDA-MB-231) 3D-модель.
Значительное улучшение микрокапель перфторуглеродов (МД) с фазовым переходом в обширном тераностическом сценарии происходит за счет оптимизации состава МД с точки зрения эффективности синтеза, стабильности и возможности доставки лекарств. С этой целью были разработаны декафторпентановые (ДФП) МД, стабилизированные оболочкой из катионного поверхностно-активного вещества диметилдиоктадециламмония бромида (ДДАБ). Высокая концентрация DDAB-MD была легко получена в течение нескольких секунд с помощью импульсного мощного инсонирования, что привело к образованию капель с низкой полидисперсностью размером 1 мкм. Высокий положительный потенциал ζ вместе с длинными насыщенными углеводородными цепочками оболочки DDAB являются ключевыми факторами стабилизации капли и содержащегося в ней фармацевтического груза. Высокое сродство оболочки DDAB с клеточной плазматической мембраной позволяет осуществлять локализованную химиотерапию за счет увеличения концентрации препарата на границе опухолевых клеток и усиления поглощения. Это превратит DDAB-MD в релевантный инструмент доставки лекарств, проявляющий высокую противоопухолевую активность при очень низких дозах препарата.
В данной работе показано, что эффективность такого подхода значительно улучшает действие доксорубицина в отношении 3D-сфероидов опухолевых клеток млекопитающих, MDA-MB-231. Использование трехмерных (3D) клеточных культур, разработанных в виде многоклеточных опухолевых сфероидов (т.е. плотно упакованных клеток сферической формы), имеет множество преимуществ по сравнению с 2D-культурами клеток: в дополнение к потенциалу преодоления разрыва между традиционными исследованиями in vitro и испытаниями на животных, это улучшит способность выполнять более прогностические исследования in vitro скрининговые анализы для доклинической разработки лекарственных препаратов или оценки потенциала препаратов офф-лейбл и новых стратегий совместного таргетирования.
Векторы доставки лекарств, способные обеспечить высокую противоопухолевую эффективность и уменьшить побочные эффекты, являются основными целями, оставаясь при этом серьезной химико-фармацевтической проблемой 1,2. На сегодняшний день их прогресс ограничен на первых порах контрастом между недостаточным высвобождением препарата in situ и критическим уровнем неспецифической токсичности 3,4,5. В последние годы было внедрено несколько систем доставки лекарств для улучшения введения противоопухолевых агентов, включая липосомы, полимерные мицеллы, полимерсомы 6,7,8,9,10. Эти системы демонстрируют потенциал в увеличении времени циркуляции и селективности лекарственных препаратов, одновременно уменьшая их распределение и накопление в здоровых органах и тканях. В любом случае, инкапсулированные составы противоопухолевых химиотерапевтических препаратов, таких как антрациклины, привели к значительному снижению эффективности интернализации лекарств. В последнее время микронные и субмикронные носители, реагирующие на стимулы, такие как микропузырьки11, микрокапли, гибридные наночастицы золота12, наногидрогели13, скаффолды PLGA и мезопористые платформы14, завоевывают фармакологический интерес благодаря своей высокой универсальности в нацеливании и оказании ингибиторных эффектов опухоли с использованием доксорубицина (Dox) и доцетаксела. Новаторские эксперименты по превращению этих носителей в эффективных противораковых солдат для мультимодальных задач (т.е. химиотерапевтических, фототермических и генно-синергетических подходов) и молекулярнойвизуализации15 проложили путь к персонализированной тераностиической наномедицине.
В этом сценарии перфторуглеродные микрокапли (МД) с фазовым переходом были оценены через ключевая возможность, которую они предлагают для сопряжения с высокой нагрузкой на лекарственные препараты, химическая универсальность оболочки МД, направленная на преодоление биологических барьеров, коллоидная стабильность и эффективность синтеза11,12. В качестве дополнительного преимущества, эхогенность МД, обеспечиваемая акустической или оптической испарением ядра перфторуглерода (ПФУ), позволяет получить визуализацию in situ и многообещающую терапевтическую эффективность. Кроме того, испарение ядра МД, полученное за счет высвобождения энергии пучков ионизирующих частиц, может быть использовано для слежения за пучком и дозиметрии облучения.
Целью настоящего исследования является разработка микрокапель декафторпентана (ДФП), стабилизированных многократно используемой оболочкой катионного поверхностно-активного вещества диметилдиоктадециламмония бромида (ДДАБ). Скорлупчатые MD DDAB отвечают как физико-химическим, так и биологическим ожиданиям. Было продемонстрировано, что микрокапли на основе DFP являются ценными контрастными агентами с фазовым переходом для получения биосовместимых и стабильных перфторуглеродных MD16. Кристаллический гель DDAB насыщает длинные цепи при физиологической температуре, глубоко проникая в гидрофобное ядро, стабилизируя каплю и находящийся в ней груз препарата. Кроме того, высокий положительный потенциал ζ на границе раздела воды повышает коллоидную стабильность МД. Биологическая привлекательность поверхности оболочки DDAB заключается в способности вызывать гибель бактерий и грибов в концентрациях, которые практически не влияют на клетки млекопитающих, а также связывать плазматические мембраны, отрицательно заряженные антигенные белки, нуклеотиды, ДНК или наночастицы. Вышеупомянутые особенности могут быть использованы для получения замечательного иммуноадъювантного, генной терапии и противоопухолевого действияв клетках млекопитающих.
Описанные в настоящем документе DDAB-MDs (Dox@DDAB-MDs), загруженные Dox, способствуют высвобождению препарата против высокоагрессивных, инвазивных и низкодифференцированных клеток тройного негативного рака молочной железы. Ниже описан простой и быстрый протокол, основанный на мощном зондовом созвучии, для получения стабильных DDAB-MD с высокой плотностью и узким распределением по размерам с высокой эффективностью загрузки Dox в одноступенчатой формуле. Такие характеристики конкурентоспособны даже для других методов приготовления, таких как микрофлюидные устройства и гомогенизаторы с большими сдвиговымиусилиями16.
Другой важный ограничивающий вопрос при проектировании эффективных векторов доставки лекарственного средства заключается в том, что активность лекарственного препарата является функцией различных параметров (например, абсорбции, распределения, концентраций), получаемых в реальной биологической мишени, которые не могут быть учтены с помощью моделей монослойных клеток18. По этой причине история разработки новых противоопухолевых препаратов изобилует исследованиями in vitro, которые, к сожалению, оказались неэффективными уже на уровне доклинических моделей на животных.
В частности, необходимость перехода от клеточных культур к более сложной и надежной системе, чем исследования in vivo и ex vivo, связана с присущими фармакологическим исследованиям 2D-культур ограничениями. В этом контексте включены 3D-системы in vitro, такие как сфероиды, органоиды, органоиды-на-чипе, которые моделируют морфологию, активность и физиологическую реакцию более сложных структур, чем двумерные монослои20. С доклинической точки зрения, 3D-модели клеток, имитирующие клеточное микроокружение, дают возможность лучше понять сложную биологию в физиологически более актуальных рамках, в которых традиционные монослойные культурынеэффективны.
После доказательства того, что DDAB-MDs могут взаимодействовать с клеточной мембраной клеток рака молочной железы человека, способствуя интернализации препарата и гибели клеток при очень низкой (наномолярной) концентрации Dox, была проверена эффективность такой методики в отношении 3D-сфероидов опухолевых клеток млекопитающих, MDA-MB-231.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все реагенты и инструменты перечислены в Таблице материалов.
1. Изготовление и определение характеристик микрокапель
2. Изготовление сфероидов в микроформованных неадгезивных подложках
3. Сфероидальная обработка
4. Характеристика размеров и морфологии сфероидов
5. Анализ пролиферации/жизнеспособности: флуоресцентная микроскопия с окрашиванием живых клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Следуйте инструкциям по изготовлению сфероида до шага 2.2.5.
6. Анализ и получение изображений
7. Анализ данных сфероида
Dox@DDAB-MD были разработаны в соответствии с протоколом (раздел 1), схематически описанным на рисунке 1. Полученные МД изготовлены из монослоя DDAB, инкапсулирующего ядро DFP (рис. 1A). Катионный заряд DDAB и процедура ультразвуковой обраб?...
Для повышения эффективности антрациклинов в качестве противоопухолевых препаратов в данной работе представлено образование оболочечных капель ПФК DDAB, инкапсулирующих химиотерапевтический препарат доксорубицин (Dox), и эффект взаимодействия такой композиции с высо?...
Конфликт интересов: Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Права человека и животных: Эта статья не содержит никаких исследований с участием людей или животных, проведенных кем-либо из авторов.
Эта работа получила финансирование в рамках программы исследований и инноваций Европейского Союза «Горизонт 2020» в рамках грантового соглашения AMPHORA (766456).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
µ-Petri dish | Ibidi | 81156 | 35mm high, IbiTreat |
1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-Decafluoropentane | Sigma-Aldrich | 138495-42-8 | b.p. 55°C |
12-well culture plate | Corning | ||
15 ml centrifuge tube | Falcon | 89039-664 | |
3D-Petri dishes 12:256 | Microtissues (Sigma-Aldrich) | Z764000-6EA | Small |
3D-Petri dishes 12:81 | Microtissues (Sigma-Aldrich) | Z764019-6EA | Large |
5%CO2 culture incubator, 37°C | Thermo Scienific | HERAcell 150i | |
50 ml centrifuge tube | Falcon | 352070 | |
Biological safety cabinet, II level | |||
Calcein | Sigma-Aldrich | ||
Calcein-AM | Sigma-Aldrich | 148504-34-1 | 4mM stock solution in DMSO |
cam sCMOS Andor Zyla 4.2 | Andor Instruments | ||
Centrifuge Hettich Universal 320R | Hettich Lab. Technology | ||
DAPI | SIgma-Aldrich | ||
Dimethyldioctadecylammonium bromide powder | Sigma-Aldrich | 3700-67-2 | |
DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium) | Corning | 15-013-CV | |
Doxorubicin hydrochloride | Sigma-Aldrich | 25316-40-9 | |
DPBS (Dulbecco's Modified PBS) | Corning | 21-030-CV | pH 7,4 |
Ethanol 70% | Sigma-Aldrich | ||
EZ-C1 digital ecliplse | Nikon Instruments | Silver version 3.91 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Corning | 35-079-CV | |
Goniometer BI-200SM | Brookhaven Instruments Corporations | ||
Laser Ar+ | Spectra Physics | ||
Laser He-Ne | Melles-Griot | ||
L-Glutammine | Corning | 25-005-CI | |
Mcroscope Nikon Eclipse Ti | Nikon Instruments | ||
MDA-MB 231 cell line | ATCC | ||
Microsoft Excel | Microsoft | ||
Microplates reader Spark | Tecan group | ||
NanoZetaSizer ZS | Malvern Instruments LTD | ||
Neubauer improved chamber | 718605 | ||
NIS Elements software | Nikon Instruments | AR 4.30 | |
Pen/Strepto | Corning | 30-002-CI | |
Photocorrelator BI-9000 AT | Brookhaven Instruments Corporations | 62927-1 | |
Photometer HC120 | Brookhaven Instruments Corporations | N° 1275 | |
Pipettors and tips, various size | Gilson | ||
Propidium Iodide | SIgma-Aldrich | ||
Serological pipets, various size | Corning | ||
Solid-state laser | Suwtech Laser | N° 22368 | |
T25 Flasks | Sarstedt | 83.3910.002 | |
T75 Flasks | Sarstedt | 83.3911.002 | |
Trypsin/EDTA 0.05% | EuroClone | ECB3052D | |
Vibra-Cell VCX-400 | Sonics & Materials, inc | ||
Water bath | 37°C |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены