Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
* Bu yazarlar eşit katkıda bulunmuştur
Bir dimetildioktadesilamonyum bromür kabuğu ile geliştirilen dekafloropentan mikro damlacıklar, olağanüstü bir kolloidal stabilite ve aktraktif bir biyoarayüz sergiledi. DDAB-MD'lerin, insan üçlü negatif meme kanserine karşı Doksorubisin'in gelişmiş alımı ve antitümör aktivitesi ile birlikte plazma membranlarına yüksek afinite ile karakterize edilen etkili ilaç rezervuarları olduğu kanıtlanmıştır (MDA-MB-231) 3D modeli.
Geniş teranostik senaryoda faz değişimli perflorokarbon mikro damlacıkların (MD'ler) önemli ölçüde iyileştirilmesi, MD'lerin bileşiminin sentez verimliliği, stabilite ve ilaç verme kabiliyeti açısından optimizasyonundan geçer. Bu amaçla, bir dimetildioktadesilamonyum bromür (DDAB) katyonik yüzey aktif madde kabuğu ile stabilize edilmiş dekafloropentan (DFP) MD'ler tasarlanmıştır. Darbeli yüksek güçlü insonasyon ile birkaç saniye içinde yüksek konsantrasyonda DDAB-MD'ler kolayca elde edildi ve bu da düşük polidispers 1 μm boyutlu damlacıklar ile sonuçlandı. DDAB kabuğunun uzun, doymuş hidrokarbon zincirleri ile birlikte yüksek pozitif ζ potansiyeli, damlacığı ve içindeki ilaç yükünü stabilize etmek için anahtar faktörlerdir. DDAB kabuğunun hücre plazma membranı ile yüksek afinitesi, tümör hücresi arayüzündeki ilaç konsantrasyonunu artırarak ve alımı artırarak lokalize kemoterapötiklerin verilmesine izin verir. Bu, DDAB-MD'leri çok düşük ilaç dozlarında yüksek antitümör aktivitesi sergileyen ilgili bir ilaç dağıtım aracına dönüştürecektir.
Bu çalışmada, böyle bir yaklaşımın etkinliğinin, doksorubisinin memeli tümör hücrelerinin 3D sferoidlerine (MDA-MB-231) karşı etkisini önemli ölçüde iyileştirdiği gösterilmiştir. Çok hücreli tümör sferoidleri (yani, küresel bir şekilde yoğun şekilde paketlenmiş hücreler) şeklinde geliştirilen üç boyutlu (3D) hücre kültürlerinin kullanımı, 2D hücre kültürlerine kıyasla çok sayıda avantaja sahiptir: geleneksel in vitro çalışmalar ile hayvan testleri arasındaki boşluğu doldurma potansiyeline sahip olmasının yanı sıra, daha öngörücü in vitro gerçekleştirme yeteneğini geliştirecektir klinik öncesi ilaç geliştirme için tarama testleri veya endikasyon dışı ilaçların potansiyelini ve yeni ortak hedefleme stratejilerini değerlendirin.
Yüksek antitümör etkinliği sağlayabilen ve yan etkileri azaltabilen ilaç dağıtım vektörleri, ciddi bir kimyasal-farmasötik zorluk olmaya devam ederken birincil hedeflerdir 1,2. Bugüne kadar, ilerlemeleri ilk başta yetersiz yerinde ilaç salınımı ve kritik düzeyde spesifik olmayan toksisite 3,4,5 ile sınırlıdır. Son yıllarda, lipozomlar, polimerik miseller, polimeromlar 6,7,8,9,10 dahil olmak üzere antikanser ajanların uygulanmasını iyileştirmek için çeşitli ilaç dağıtım sistemleri uygulanmıştır. Bu sistemler, sağlıklı organ ve dokulardaki dağılımı ve birikimi azaltırken, ilaçların dolaşım süresini ve seçiciliğini artırmada potansiyel göstermektedir. Her neyse, antrasiklinler gibi antineoplastik kemoterapi ilaçlarının kapsüllenmiş formülasyonları, ilaç içselleştirme verimliliğinin önemli ölçüde azalmasına yol açmıştır. Son zamanlarda, mikro kabarcıklar11, mikro damlacıklar, hibrit altın nanopartiküller12, nano-hidrojeller13, PLGA iskeleleri ve mezogözenekli platformlar14 gibi uyaranlara duyarlı mikron ve mikron altı taşıyıcılar, doksorubisin (Dox) ve dosetaksel kullanarak tümör inhibitör etkileri hedefleme ve uygulamadaki yüksek çok yönlülükleri nedeniyle farmakolojik ilgi görmektedir. Bu taşıyıcıları multimodal görevler (yani kemoterapötik, fototermal ve gen sinerjik yaklaşımlar) ve moleküler görüntüleme15 için verimli antikanser askerlerine dönüştürmek için yapılan öncü deneyler, kişiselleştirilmiş teranostik nanotıbbın yolunu açmıştır.
Bu senaryoda, faz değişimli perflorokarbon mikro damlacıklar (MD'ler), yüksek ilaç kargo yüklemesini, biyolojik engelleri ele alan MD kabuğunun kimyasal çok yönlülüğünü, kolloidal stabiliteyi ve sentez verimliliğini bir araya getirmek için sundukları temel fırsat aracılığıyla değerlendirilmiştir11,12. Ek bir varlık olarak, perflorokarbon (PFC) çekirdeğinin akustik veya optik buharlaşması ile desteklenen MD'lerin ekojenitesi, yerinde görüntüleme ve umut verici terapötik etkinlik elde edilmesini sağlar. Ayrıca, iyonlaştırıcı parçacık demetlerinin enerji salınımı ile elde edilen MD'lerin çekirdek buharlaşması, ışın izleme ve radyasyon dozimetrisi için kullanılabilir.
Bu çalışma, çoklu kullanılabilir bir dimetildioktadezilamiyum bromür (DDAB) katyonik yüzey aktif madde kabuğu ile stabilize edilmiş dekafloropentan (DFP) mikro damlacıklarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. DDAB kabuklu MD'ler hem fiziko-kimyasal hem de biyolojik beklentileri karşılar. DFP bazlı mikro damlacıkların, biyouyumlu ve stabil perflorokarbon MD'ler16 elde etmek için değerli faz değiştiren kontrast maddeleri olduğu gösterilmiştir. DDAB kristal jel, uzun zincirleri fizyolojik sıcaklıkta doyurur, hidrofobik çekirdeğe derinlemesine nüfuz eder, damlacığı ve içindeki ilaç yükünü stabilize eder. Ayrıca, su arayüzündeki yüksek pozitif ζ potansiyeli, MD'lerin kolloidal stabilitesini arttırır. DDAB kabuk yüzeyinin biyolojik çekiciliği, memeli hücrelerini zar zor etkileyen konsantrasyonlarda bakteri ve mantarların ölümüne neden olma ve plazma zarlarını, negatif yüklü antijenik proteinleri, nükleotidleri, DNA'yı veya nanopartikülleri bağlama yeteneğinde yatmaktadır. Yukarıda belirtilen özellikler, memeli hücreleri içinde dikkate değer bir immünoadjuvan, gen terapisi ve antitümör etkisi oluşturmak için kullanılabilir17.
Burada açıklanan dox yüklü DDAB-MD'ler (Dox@DDAB-MD'ler), oldukça agresif, invaziv ve kötü farklılaşmış üçlü negatif meme kanseri hücrelerine karşı ilaç salınımını teşvik eder. Tek adımlı bir formülasyonda yüksek Dox yükleme verimliliği ile dar bir boyut dağılımına sahip kararlı ve yüksek yoğunluklu DDAB-MD'ler elde etmek için yüksek güçlü prob sonlamasına dayalı basit ve hızlı bir protokol aşağıda açıklanmıştır. Bu özellikler, mikroakışkan cihazlar ve yüksek parçalayıcılı homojenizatörler gibi diğer hazırlama yöntemleri için bile rekabetçidir16.
Etkili ilaç dağıtım vektörlerinin tasarlanmasındaki diğer önemli sınırlayıcı konu, bir ilacın aktivitesinin, tek katmanlı hücre modelleri tarafından dikkate alınamayan, gerçek bir biyolojik hedefte elde edilebilen çeşitli parametrelerin (örneğin, absorpsiyon, dağılım, konsantrasyonlar) bir fonksiyonu olmasıdır18. Bu nedenle, yeni antitümör formülasyonlarının gelişim tarihi, ne yazık ki hayvanlarda klinik öncesi modeller düzeyinde etkisiz olduğu sonuçlanan in vitro çalışmalarla doludur19.
Özellikle, hücre kültürlerinden in vivo ve ex vivo çalışmalardan daha karmaşık ve güvenilir bir sisteme geçme ihtiyacı, 2D kültürler üzerindeki farmakolojik çalışmaların doğal sınırlamaları ile bağlantılıdır. Bu bağlamda, 2D tek katmanlardan daha karmaşık yapıların morfolojisini, aktivitesini ve fizyolojik tepkisini simüle eden sferoidler, organoidler, çip üzerinde organ gibi in vitro 3D sistemler dahil edilmiştir20. Klinik öncesi bir bakış açısına göre, hücresel mikro çevreyi taklit eden 3D hücre modelleri, geleneksel tek katmanlı kültürlerin etkili olmadığı fizyolojik olarak daha uygun bir çerçevede karmaşık biyolojiyi daha iyi anlama imkanı sunar21,22.
DDAB-MD'lerin insan meme kanseri hücrelerinin hücre zarı ile etkileşime girebileceğini, çok düşük (nanomolar) Dox konsantrasyonunda ilaç içselleştirmesini ve hücre ölümünü destekleyebileceğini kanıtladıktan sonra, bu tür bir metodolojinin memeli tümör hücrelerinin 3D sferoidlerine karşı etkinliği test edilmiştir, MDA-MB-231, test edilmiştir.
NOT: Tüm reaktifler ve aletler Malzeme Tablosunda listelenmiştir.
1. Mikro damlacıkların üretilmesi ve karakterize edilmesi
2. Mikro kalıplanmış yapışkan olmayan yüzeylerde sferoidlerin imalatı
3. Sferoid tedavisi
4. Küresel boyut ve morfolojinin karakterizasyonu
5. Proliferasyon / canlılık testi: canlı hücre boyama ile floresan mikroskobu
NOT: Adım 2.2.5'e kadar küresel üretim talimatlarını izleyin.
6. Görüntü analizi ve edinimi
7. Küresel veri analizi
Dox@DDAB-MD'ler, Şekil 1'de şematik olarak açıklandığı gibi protokole (Bölüm 1) göre geliştirilmiştir. Elde edilen MD'ler, DFP çekirdeğini kapsülleyen tek katmanlı bir DDAB'den yapılmıştır (Şekil 1A). DDAB'ın katyonik yükü ve sonikasyon prosedürü, DFP ve su arayüzünde23 yığılmış DDAB çok katmanlı katmanların oluşumunu önler.
Antrasiklinlerin antitümör ilaçlar olarak etkinliğini arttırmak için bu çalışma, kemoterapötik ilaç doksorubisin (Dox) ile kapsüllenen DDAB kabuklu PFC damlacıklarının oluşumunu ve yüksek agresif üçlü negatif meme kanseri hücreleri MDA-MB-231 ile etkileşime giren bu formülasyonun etkisini sunmaktadır.
DOX@DDAB-MD'lerin oluşturulması
Dox yüklü MD'ler, son derece hızlı, iyi tekrarlanabilir, kullanıcı dostu ve v...
Çıkar çatışması: Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmezler.
İnsan/Hayvan Hakları: Bu makale, yazarlardan herhangi biri tarafından insan veya hayvan deneklerle yapılan herhangi bir çalışmayı içermemektedir.
Bu çalışma, AMPHORA (766456) hibe sözleşmesi kapsamında Avrupa Birliği Horizon 2020 araştırma ve yenilik programından fon almıştır.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır