您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
最新產(chǎn)品
暫無(wú)信息 |
Sartorius超濾產(chǎn)品在生物醫(yī)學(xué)納米載體制備中的應(yīng)用
Hannes Landmann博士，Sartorius Lab Instruments(德國(guó)哥廷根)
Kristin Menzel博士、科學(xué)作家(德國(guó)哥廷根)
1908年，Paul Ehrlich受到“Zauberkugel”概念的啟發(fā)，在理論上描述了將毒性藥物組裝到所謂的“納米載體”上。1 如今，納米載體已在現(xiàn)代?醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)領(lǐng)域有多種應(yīng)用。這些特殊納米材料的一項(xiàng)關(guān)鍵應(yīng)用就是藥物定向輸送，它們可發(fā)揮藥物活性成分轉(zhuǎn)運(yùn)模塊 (即：納米顆粒、囊泡或膠束) 的作用。2,3,4,5人們推測(cè)這種方式與傳統(tǒng)給藥方法相比對(duì)人體更為有效，且毒性更低。6除了藥物輸送外，過(guò)去數(shù)十年間還發(fā)展出其他一些應(yīng)用納米載體的領(lǐng)域，例如利用金屬納米顆粒進(jìn)行磁共振成像或干細(xì)胞基因治療，7,8 或者利用量子點(diǎn)進(jìn)行光學(xué)成像。9
納米載體可以按照其初始材料 (即；金屬、脂質(zhì)、聚合物和蛋白) 以及制成后的構(gòu)成 (即：囊泡、顆粒和膠束) 進(jìn)行分類。一般而言，水性介質(zhì)中納米顆?；鞈乙夯蚰遗莘稚⒁旱闹苽浒ㄈ齻€(gè)步驟：a) 納米載體組裝 (例如通過(guò)注射、薄膜水化或反相蒸發(fā))、b) 純化 (例如：色譜、透析或超濾) 和 c) 濃縮 (如超濾或蒸發(fā))。
這份短篇綜述舉例介紹了近期關(guān)于納米載體制備的一些文獻(xiàn)。重點(diǎn)介紹了濃縮和純化步驟，該步驟使用不同孔徑 (相應(yīng)的截留分子量 (MWCO)) 的Sartorius Vivaspin® 或Vivaflow® 設(shè)備通過(guò)超濾完成。Vivaspin® 系列產(chǎn)品的體積范圍是從0.5 mL至20 mL，而Vivaflow® 系統(tǒng)則涵蓋了從0.05升到5升的范圍。因此，Sartorius能夠處理的樣本體積、膜材料和MWCO范圍，可滿足不同預(yù)期用途的需求。這方面的挑戰(zhàn)包括合成后的緩沖液更換、脫鹽和清洗10,11、去除溶解的化合物12,13,14 或聚集物。15
純化過(guò)程十分重要，通過(guò)純化可以達(dá)到等滲狀態(tài)，以便在體內(nèi)應(yīng)用時(shí)避免發(fā)生聚集或凝聚，還可去除毒性藥物、配體或其他可能引起副作用的物質(zhì)。濃縮步驟的重要意義在于調(diào)節(jié)藥物中活性成分的含量，以便達(dá)到預(yù)期的治療或診斷效果。
純化時(shí)，通過(guò)分子排阻色譜 (SEC) 將游離物質(zhì) (起始材料) 與預(yù)期得到的納米載體分離，這不可避免地導(dǎo)致產(chǎn)物稀釋，并且需要后續(xù)的濃縮步驟。相比之下，透析過(guò)濾純化時(shí)不會(huì)導(dǎo)致顯著的稀釋，但如果需要較高的納米載體濃度，仍需要使用濃縮步驟。兩種分離方法均需要大量昂貴且耗時(shí)的手工操作。通過(guò)Vivaspin® 離心或者使用Vivaflow® 系統(tǒng)的蠕動(dòng)泵進(jìn)行超濾可克服這一缺點(diǎn)。該技術(shù)成本較低，操作迅速，人工操作極少。值得一提的是，純化和濃縮步驟可同時(shí)進(jìn)行。16
納米載體純化后，通常需要測(cè)定載藥量 (偶聯(lián)或包囊效率)。偶聯(lián)或包囊效率是描述和鑒定納米載體的一個(gè)參考值。其他重要性質(zhì)包括ζ電位和粒徑分布，后者可通過(guò)光子相關(guān)光譜 (PCS)、高分辨率傳遞電子顯微鏡 (HRTEM) 成像或動(dòng)態(tài)光散射 (DLS) 測(cè)定。在進(jìn)行這些不同的鑒定前，需要成功地對(duì)混懸液或分散液進(jìn)行純化和濃縮。
下表為您概括列出了使用超濾步驟對(duì)各種納米載體進(jìn)行純化和濃縮的文獻(xiàn)。該表還可指導(dǎo)您使用多大的MWCO。
表1匯總了使用Sartorius Vivaspin® 或Vivaflow® 進(jìn)行納米載體超濾的應(yīng)用示例：
納米載體：納米顆粒、囊泡、膠束 | 通過(guò) (HR)TEM或DLS獲得粒徑分布，通過(guò)PCS或其他方法獲得Z-平均值 (如有報(bào)道) | 應(yīng)用 |
來(lái)自金屬、金屬氧化物和功能化金屬的納米顆粒 | ||
帶有含順鉑聚合物涂層的氧化鐵納米顆粒 | SD：4.5 ± 0.9 nm (X-射線衍射分析法) | 磁共振成像 |
功能化氧化鐵納米顆粒 | SD：38和40 nm (DLS法) | 干細(xì)胞基因治療和追蹤 |
金納米顆粒 | SD：0.8 – 10.4 nm (原子力顯微鏡法) | 抗菌活性 |
蛋白包被的金納米顆粒 | SD：15和80 nm (TEM法) | 藥物輸送 |
功能化金納米顆粒 | 核心SD：2 nm (TEM法) | 靶向成像工具和抗原輸送 |
功能化釓納米顆粒
| Z-平均值：1.1 ± 0.6 nm和4 – 14 nm | 診斷和治療應(yīng)用 |
功能化納米晶體
| SD：10 to 20 nm | 量子點(diǎn)成像 |
來(lái)自聚合物、功能化聚合物和高分子囊泡的納米顆粒 | ||
聚合物納米顆粒 | 藥物輸送 | |
凝膠多糖包被的聚合物納米顆粒 | Z-平均值：280 – 480 nm，具體取決于組成 | 巨噬細(xì)胞刺激活性和藥物輸送 |
多西紫杉醇-羧甲纖維素聚合物納米顆粒 | Z-平均值：118 ± 1.8 nm | 抗癌功效研究 |
功能化高分子囊泡 | Z-平均值：185 nm | 表面功能化研究 |
脂質(zhì)納米顆粒和脂質(zhì)體 | ||
脂質(zhì)體和膠束 | Z-平均值：脂質(zhì)體100 nm，膠束15 nm | 缺血再灌注損傷 |
固態(tài)脂質(zhì)納米顆粒 | Z-平均值：100 – 120 nm，具體取決于所用脂質(zhì) | 藥物輸送 (腦靶向) |
細(xì)菌外膜囊泡 | SD：124 nm (TRPS法) | 可調(diào)電阻脈沖傳感 (TRPS) 分析 |
細(xì)菌外膜囊泡 | 基礎(chǔ)研究 | |
細(xì)菌外膜囊泡 | SD：95 nm | 基礎(chǔ)研究 |
細(xì)菌外膜囊泡 | SD：50 – 150 nm (TEM法) | 基礎(chǔ)研究 |
脂質(zhì)體 | 藥物輸送 | |
脂質(zhì)體 | 膠囊親水性藥物 (藥物輸送) | |
膠束 | ||
膠束 | 藥物輸送 | |
基于聚合物的疏水性藥物膠束 | SD (DLS法)：39 – 165 nm，具體取決于所用化合物 | 藥物輸送 |
蛋白納米顆粒 | ||
蛋白納米顆粒
| SD：20 – 40 nm (DLS法) | 藥物載體研究 |
SD = 粒徑分布
Sartorius超濾 設(shè)備 | MWCO | 超濾目的 | 參考 文獻(xiàn) |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 純化和濃縮步驟 | 7 |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 清洗步驟 | 8 |
Vivaspin® 20 | 5 kDa | 純化步驟 | 17 |
Vivaspin® 6 | 10 kDa | 分離納米顆粒 | 染料和清洗 | 18 |
Vivaspin® | 10 kDa | 純化步驟 | 19 |
Vivaspin® | 5 kDa、10 kDa | 純化和濃縮 | 20, 21 |
Vivaspin® | 300 kDa和 50 kDa | (計(jì)數(shù)前) 從初始材料中分離出量子點(diǎn)-抗體偶聯(lián)物 | 9 |
Vivaspin® | 30 kDa | 純化和濃縮 | 22 |
Vivaspin® 20 | 3 kDa | 清洗 | 23 |
Vivaspin® | 10 kDa | 濃縮步驟 | 24 |
Vivaspin® 20 | 10 kDa | 濃縮步驟 | 3 |
Vivaspin® 20 | 100 kDa | 濃縮步驟 | 25 |
Vivaflow® 50 | 100 kDa | 純化步驟 | 26 |
Vivaflow® 200 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 27 |
Vivaspin® 20和500 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 28 |
Vivaflow® 200 | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 29 |
Vivaspin® | 100 kDa | 緩沖液更換和濃縮步驟 | 30 |
Vivaspin® | 100 kDa | 外部緩沖液更換 | 2 |
Vivaflow® 50 | 100 kDa | 去除游離藥物 | 31 |
Vivaspin® | 30 kDa | 分離游離物質(zhì)和濃縮步驟 | 4 |
Vivaflow® | 去除表面活性劑 | 14 | |
Vivaspin® 500 | 3 kDa | 將游離藥物與膠囊藥物分離 (通過(guò)后續(xù)的紫外線-可見(jiàn)光分析進(jìn)行藥物結(jié)合定量) | 32 |
參考文獻(xiàn)
1.Strebhardt, K & Ullrich,A:
Paul Ehrlich's magic bullet concept: 100 years of progress8, 473- 480 (2008).
2.Jakoby,J.. Beuschlein, F., Mentz, S. Han,C. & Süss, R:
Liposomal doxorubicin for active targeting: Surface modification of the nanocarrier evaluated in vitro and in vivochallenges and prospects Oncotarget 6, (2015).
3.Klermund, L, Poschenrieder,S &t Castiglione, K:
Simple surface functionalization of polymersomes usingnon-antibacterial peptide anchors. J. Nanobiotechnology14, 48 (2016).
4.Mulder, W.J. M. et al..
Molecular imaging of macrophages in atherosclerotic plaques using bimodal PEG-micelles.
Magn. Reson. Med. 58,11641170(2007).
5.Murthy.S. K:
Nanoparticles in modern medicine: state of the art and futurechallenges.
Int. J. Nanomedicine2, 129-41 (2007).
6.Voigt, R. & Fahr, A:
Pharmazeutische Technologie für Studium und Beruf. Deutscher Apotheker Verlag.10th Edition 2010).
7.Unterweger, H. etal:
Development and characterization of magnetic iron oxidenanoparticles with a cisplatin-bearing polymer coatingfor targeted drug delivery. IntJ Nanomedicine93659- 3676 (2014).
8.Park,W.etal:
Multi-modal transfection agent based on monodispersemagnetic nanoparticles for stem cell gene deliveryand tracking. Biomaterials 35, 72397247 (2014).
9.Chalmers, N.I. etal:
Use of quantum dot luminescent probes to achieve singlecellresolution of human oral bacteria in biofilms. Appl. Environ.Microbiol. 73, 630- 636 (2007).
10.Hoffman, L W... Andersson, G. G., Sharma, A., Clarke,S.R & Voelcker,N. H.:
New insights into the structure of PAMAM dendrimer/goldnanoparticle nanocomposites. Langmuir 27, 6759- 6767(2011).
11.Rademacher, T. & Williams, P.:Nanoparticle -peptide compositions. (2014).
12.Allard, E. & Larpent, C: 24Core shell type dually fluorescent polymer nanoparticles forratiometric pH-sensing. J. Polym. Sei. Part A Polym. Chem.46,62066213 (2008).
13.Prach, M.. Stone,V. & Proudfoot,L:Zinc oxide nanoparticles and monocytes: Impact of size,charge and solubility on activation status. Toxicol. ApplPharmacol. 266, 19 -26 (2013).
14 Zhang,Y. etal:Therapeutic surfactant- stripped frozen micelles. Nat Commun, 11649 (2016).
15.Klasson,A. et al:Positive MRI contrast enhancement inTHP-1 cells withGd2O3 nanoparticles. Contrast Media Mol. lmaging3.1061112008).
16.Simonoska Crcarevska, M. et al:Definition of formulation design space, in vitro bioactivityand in vivo biodistribution for hydrophilic drug loaded PLGA/PEOPPO-PEO nanoparticles using OFAT experiments.Eur.. J. Pharm. Sei. 49, 65- -80 (2013).
17.Boda,S.K etal.:Cytotoxicity of Ultrasmall Gold Nanoparticles on Planktonicand Biofilm Encapsulated GramPositive Staphylococci.Small 1, 31833193 (2015).
18. Schäffler, M.et al:Blood protein coating of gold nanoparticles as potential toolfor organ targeting. Biomaterials 35, 3455 3466 (2014).
19.Arosio,D. etal.:.Effective targeting of DC sign by a-fucosylamide functionalized gold nanoparticles. Bioconjug. Chem.25,2244-2251(2014)
20.Miladi,l etal.:Biodistribution of ultra small gadolinium-based nanoparticlesas theranostic agent: application to brain tumors. J. Biomater.Appl.28, 38594 (2013).
21.Faure,ACetal Control of the in vivo biodistribution of hybrid nanoparticleswith different poly(ethylene glycol) coatings. Small5,2565- 2575 (2009).
22.Benita, S., Debotton, N. & Goldstein, D.:
Nanoparticles for Targeted Delivery of Active Agent. (2008).
23.Tukulula, M. et al:
Curdlan-conjugated PLGA nanoparticles possess macrophagestimulant activity and drug delivery capabilities. Pharm. Res.32.27132726 (2015).
24.Ernsting. M. J., Tang, W. L, MacCallum,N W.&Li,S. D:
Preclinical pharmacokinetic, biodistribution and anticancerefficacy studies of a docetaxel-carboxymethycellunanoparticle in mouse mooels. Biomaterials 33,14451454 (2012).
25.Geelen,T., Paulis,L E., Coolen, B. F., Nicolay, K & Strijkers,G.J:
Passive targeting of lipid-based nanoparticles to mousecardiac ischemia-reperfusion injury. Contrast Media Mol.Imaging8, 117-126 (2013).
26.Neves,A. R., Queiroz,J.F. & Reis, S:
Brain-targeted delivery of resveratrol using solid lipidnanoparticles functionalized with apolipoproteinEJNanobiotechnology 14, 27 (2016).
27.BogomoIny.E. et al:
Analysis of bacteria derived outer membrane vesicles usingtunable resistive pulse sensing. Prog. Biomed. Opt. Imaging =Proc. SPIE 9338, 4-9 (2015)
28.Blenkiron,C. etal..Uropathogenic Escherichia coli releases extracellular vesiclesthat are associated with RNA. PLoS One 11, 116 (2016).
29.Twu,O.etal Trichomonas vaginalis Exosomes Deliver Cargo to Host Cellsand Mediate Host:Parasite Interactions. PLoS Pathog.9,2224 (2013).
30.Tong.T. T.. Mörgelin, M.. Forsgren, A. & Riesbeck, K.:
Haemophilus influenzae Survival during Complement-Mediated Attacks Is Promoted by Moraxeila catarrhalis OuterMembrane Vesicles. J. Infect. Dis. 195, 16611670 (2007).
31.Prado, J. M. D.. Antoranz,J.R. C. Barroeta, M.Á.E..Barroeta, B. E. & Diaz, M.C.:Liposomal formulations. (2009).
32.Achilli,E. etal..Preparation of protein nanoparticle by dynamic aggregation
and ionizing-induced crosslinking. Colloids SurfacesA
Physicochem. Eng. Asp. 486, 161171 (2015).