11.2.2 Nanogely na bázi dextranu a dextrinů
Dextran, výsledek mnoha molekul glukosy a různě dlouhých řetězců, a dextriny, sacharidy s nízkou molekulovou hmotností, které vznikají hydrolýzou škrobu nebo glykogenu, jsou díky své struktuře vhodné pro přípravu nanogelů (obr. 1). 11.3).
Obrázek 11.3. Struktura dextranu (A) a dextrinů (B).
Zájem o materiály se snadno laditelnými vlastnostmi uvolňování siRNA a optimalizovaným účinkem siRNA na umlčení genu z hlediska velikosti a trvání byl již dříve předmětem zkoumání (Raemdonck a kol., 2008). V této souvislosti byly syntetizovány kationické biodegradabilní dextranové mikrogely, do nichž byla siRNA vložena až po vytvoření gelové sítě prostřednictvím elektrostatických interakcí. Časově řízeného uvolňování siRNA bylo dosaženo změnou počáteční hustoty sítě mikrogelů. Za účelem dosažení časově řízeného doručení siRNA v intracelulárním prostředí stejná skupina výzkumníků informovala o kationtových mikrogelech naložených siRNA na bázi kationtových struktur dextran-hydroxyethylmethakrylátu (dex-HEMA) a syntetizovala kationtové biodegradabilní dextranové nanogely a hodnotila schopnost komplexovat a následně uvolňovat zachycenou siRNA (Raemdonck a kol.), 2009).
Makrogely byly připraveny z kopolymerizace dex-HEMA s kationaktivními metakrylátovými monomery, kde byl HEMA spojen s páteří dextranu prostřednictvím esteru uhličitanu, což umožnilo kationaktivní hydrogelové síti biodegradovat hydrolýzou za fyziologických podmínek. Kladně nabité dextranové nanogely byly syntetizovány metodou miniemulzní fotopolymerizace aplikovanou na dex-HEMA nebo dextranmethakrylát v přítomnosti známého množství kationtového methakrylátového monomeru a fotoiniciátoru Irgacure. Dextranová fáze byla emulgována v minerálním oleji, sonikována a zesíťována UV zářením. Syntetizované nanogely vykazovaly kinetiku rozkladu, kterou lze snadno přizpůsobit, a byly schopny zachytit siRNA ve vysoké kapacitě na základě elektrostatických interakcí. Velké množství nanogelů naložených siRNA bylo internalizováno lidskými hepatomovými buňkami HuH-7 bez významné cytotoxicity.
Ačkoli bylo zjištěno, že nanogely dex-HEMA jsou vhodnými nosiči pro in vitro podávání siRNA a mají ideální rozměry pro intravenózní podávání do nádorů, byl učiněn závěr, že mají nedostatečnou dobu krevního oběhu, která by umožnila dostatečnou extravazaci a akumulaci v nádorové tkáni. Proto byl navržen proces PEGylace těchto nanogelů pro zlepšení jejich cirkulační doby a minimalizaci jejich agregace při intravenózním podání. V důsledku toho badatelé navrhli nový typ nanogelu a různé metody PEGylace dextranových nanogelů (Naeye et al., 2010).
Bylo prokázáno, že kovalentní PEGylace nanogelů naložených siRNA pomocí N-hydroxysukcinimidyl polyethylenglykolu (PEG) byla lepší než přidání PEG i PEG roubované kyseliny poly-l-glutamové. Výzkum in vitro ukázal, že nanogely s PEG působí účinně na buňky lidského hepatomu HuH-7 a buňky lidského epiteliálního karcinomu A431.
Po těchto výzkumech týkajících se dextranových nanogelů používaných jako nano-nosičové systémy pro doručování siRNA in vitro bylo v další studii s použitím několika pokročilých metod vyhodnoceno, že dextranové nanogely naložené siRNA jsou hemokompatibilní (Naeye a kol.),
K prokázání interakcí mezi nanogely a krevními buňkami byly použity metody agregometrie a průtokové cytometrie, a to za podmínek, které se velmi podobají situaci in vivo. Došlo se k závěru, že PEGylace dextranových nanogelů s obsahem siRNA je pravděpodobně nejbezpečnější formulací pro doručování siRNA in vivo; jejich interakce s buňkami nebyly významně ovlivněny, je však nutné zabránit jejich agregaci v lidské plazmě.
Obava z polymerních nanogelů byla rozšířena zejména kvůli jejich aplikacím v oblasti doručování léčiv nebo biomedicínské diagnostiky. Zatímco chemicky kovalentně zesíťované a fyzikálně nekovalentně zesíťované nanogely jsou považovány za nejběžnější metody přípravy, supramolekulární zesíťování poskytuje jedinečné pohodlí a flexibilitu. Výzkumníci označili nový supramolekulární nanogel s kyselou reakcí na pH na bázi benzimidazolu naroubovaného na dextran (Dex-g-BM) a zesíťovaného s thiol-b-cyklodextrinem (b-CD-SH) prostřednictvím oxidativní hydrosulfidové skupiny (Chen et al., 2014).
Nové supramolekulární nanogely mají zvláštní supramolekulární citlivost na pH v kyselých podmínkách (pH<6, v rozsahu maligních buněčných endosomů) a sníženou citlivost v reakci na biologicky relevantní podněty, což jsou vlastnosti velmi zajímavé v oblasti chemoterapie rakoviny, protože tento nový supramolekulární nanogel by mohl být použit jako systém pro intracelulární doručování léčiv.
Biodegradabilní NP na bázi kurkuminu (CCM) připravené samouspořádáním amfifilního dextranu s konjugáty CCM bylo dosaženo přímou disperzí polymerů ve vodě (Nagahama a kol.), 2015). Nové konjugované NP s dextranem a CCM vykazují vysoký obsah CCM a vysokou rozpustnost ve vodě. Z hlediska jejich použitelnosti bylo možné dextran-CCM NPs dopravit do HeLa buněk a vykazovaly silnou fluorescenci dostupnou pomocí zobrazování živých buněk, ačkoli NPs nebyly dopraveny do normálních buněk.
Nové ovalbumin-dextranové nanogely vyrobené pomocí Maillardovy reakce s následným procesem tepelného želírování také představovaly potenciál pro zlepšení biologické dostupnosti kurkuminu, který byl dále zkoumán v gastrointestinálním traktu in vitro (Feng et al., 2016).
Nanogely s ovalbuminem a dextranem byly připraveny kovalentním navázáním dextranu na ovalbumin Maillardovou reakcí a konjugáty byly následně zahřáty při izoelektrickém bodu ovalbuminu za vzniku stabilních nanogelů se sférickou strukturou. Kurkumin byl do nanogelů dále zaveden metodou řízenou pH, jejíž inkorporace ovlivnila okrajovou morfologii nanogelů.
Dextrin, který byl oxidován periodátem sodným a dále zesíťován dihydrazidem kyseliny adipové, byl použit pro přípravu plně resorbovatelných hydrogelů bez použití chemických iniciátorů (Molinos et al.,
Hydrogely vykazovaly dobré mechanické vlastnosti a biokompatibilitu, což bylo prokázáno proliferací myších embryofibroblastů 3T3 kultivovaných na povrchu gelu. Hydrogely oxidované dextrinem byly rovněž použity pro inkorporaci dextrinových nanogelů naložených interleukinem-10 (IL-10) a inzulinem. Nové biodegradabilní systémy s 3-D sítí a kontinuální porézní strukturou představovaly sofistikovaný systém řízeného uvolňování proteinů. Vlastnosti sloučenin je také doporučují jako injekční nosiče bioaktivních molekul.
Byl proveden výzkum přípravy nanogelů na bázi dextrinu zesíťovaného glyoxalem (Manchun et al., 2014). Nanogely připravené v emulzi zesíťováním dextrinu s glyoxalem za účelem vytvoření kyselé vazby vykazovaly mírně negativní povrchový náboj a chování reagující na pH. Tyto nanogely reagující na pH (DNG) byly také schopny vyvolat pomalé intracelulární uvolňování DOX při pH 7,4, které se zvyšovalo s klesajícím pH (pH 5>6,8). Cytotoxicita odhalila snížené vedlejší účinky na nenádorové buňky, jako jsou kardiomyocyty a kmenové buňky.
Další zkoumání stejných autorů mělo na zřeteli zlepšení procesu síťování dextrinů pomocí formaldehydu (Manchun a kol., 2015).
Tyto nové nanogely reagující na pH byly účinné jako matrice pro DOX (třída antracyklinů) a další aplikace v léčbě kolorektálního karcinomu. Uvolňování léčiva bylo pomalé při neutrálním pH, ale výrazně se zvýšilo v kyselém prostředí. Také cytotoxicita nanogelů s použitím formaldehydového cross-linkeru (FDNG) byla nižší než u nanogelů s glyoxalem nebo dokonce než u samotného léčiva. Tyto FDNGs rovněž vykazovaly účinné uvolňování DOX do jader, zvýšenou protinádorovou účinnost tím, že účinněji inhibovaly proliferaci a indukovaly apoptózu. V důsledku toho byly FDNG považovány za slibný prostředek pro doručování léčiva při terapii kolorektálního karcinomu
.