11.2.2 Dextrán és dextrineken alapuló nanogélek
A sok glükózmolekulából és különböző hosszúságú láncokból álló dextrán és a dextrinek, a keményítő vagy glikogén hidrolízisével előállított kis molekulatömegű szénhidrátok, szerkezetükből adódóan egyaránt alkalmasak nanogélek előállítására (ábra. 11.3.).
11.3. ábra. A dextrán (A) és a dextrinek (B) szerkezete.
A könnyen hangolható siRNS felszabadítási tulajdonságokkal és a siRNS géncsendesítő hatás nagysága és időtartama szempontjából optimalizált siRNS-sel rendelkező anyagok iránti érdeklődés már korábbi vizsgálatok tárgyát képezte (Raemdonck és mtsai., 2008). Ezzel összefüggésben kationos, biológiailag lebomló dextrán mikrogéleket szintetizáltak, amelyekbe az siRNS-t elektrosztatikus kölcsönhatások révén a hálózat gélképződése után töltötték be. Az siRNS idővezérelt felszabadulását a mikrogélek kezdeti hálózatsűrűségének változtatásával értük el. Az intracelluláris környezetben történő idővezérelt siRNS-szállítás elérése érdekében ugyanez a kutatócsoport kationos dextrán-hidroxietil-metakrilát (dex-HEMA) szerkezeteken alapuló, siRNS-sel töltött kationos mikrogélekről számolt be, valamint kationos, biológiailag lebomló dextrán nanogéleket szintetizált, és értékelte a bejuttatott siRNS komplexképző és azt követően felszabadító képességét (Raemdonck et al, 2009).
A makrogéleket kationos metakrilát-monomerekkel kopolimerizált dex-HEMA-ból állították elő, ahol a HEMA egy karbonátészteren keresztül kapcsolódott a dextrán gerinchez, lehetővé téve, hogy a kationos hidrogélhálózat fiziológiás körülmények között hidrolízis révén biodegradálódjon. A pozitív töltésű dextrán nanogéleket a dex-HEMA-ra vagy dextrán-metakrilátra alkalmazott miniemulziós fotopolimerizációs módszerrel szintetizáltuk, ismert mennyiségű kationos metakrilát-monomer és az Irgacure fotoiniciátor jelenlétében. A dextrán fázist ásványolajban szonikálva emulgeálták és UV-sugárzással térhálósították. A szintetizált nanogélek könnyen testre szabható lebomlási kinetikát mutattak, és az elektrosztatikus kölcsönhatásokon alapuló nagy töltőképességű siRNS-t voltak képesek magukba zárni. Nagy mennyiségű siRNS-sel töltött nanogélt internalizáltak a HuH-7 humán hepatóma sejtek jelentős citotoxicitás nélkül.
Noha a dex-HEMA nanogélekről beszámoltak, hogy alkalmas hordozók az in vitro siRNS bejuttatására, és ideális méretűek a tumorokba történő intravénás bejuttatáshoz, arra a következtetésre jutottak, hogy nem rendelkeznek elegendő vérkeringési idővel ahhoz, hogy megfelelő extraváziót és felhalmozódást tegyenek lehetővé a tumorszövetben. Ezért javasolták e nanogélek PEGilálási folyamatát a keringési idejük javítása és az intravénás injekciózáskor bekövetkező aggregációjuk minimalizálása érdekében. Ennek eredményeként a kutatók egy új típusú nanogélt és a dextrán nanogélek PEGilálásának különböző módszereit javasolták (Naeye és mtsai., 2010).
Kimutatták, hogy az siRNS-sel töltött nanogélek kovalens PEGilálása N-hidroxiszuccinimidil-polietilénglikol (PEG) használatával jobb volt, mint mind a PEG, mind a PEG-vel oltott poli-l-glutaminsav hozzáadása. Az in vitro vizsgálat kimutatta, hogy a PEGilált nanogélek hatékonyan hatnak a HuH-7 humán hepatóma sejtekre és az A431 humán epithelialis karcinóma sejtekre.
A siRNS in vitro szállításához nanohordozó rendszerként használt dextrán nanogélekkel kapcsolatos ezen vizsgálatok után egy másik, több fejlett módszert alkalmazó vizsgálatban értékelték, hogy az siRNS-sel töltött dextrán nanogélek hemokompatibilisek (Naeye et al.,
A nanogélek és a vérsejtek közötti kölcsönhatások bizonyítására aggregometriás és áramlási citometriai módszereket alkalmaztak, az in vivo helyzethez nagyon hasonló körülmények között. Arra a következtetésre jutottak, hogy az siRNS-sel töltött dextrán nanogélek PEGilálása valószínűleg a legbiztonságosabb formuláció az in vivo siRNS-szállításhoz; nem befolyásolták jelentősen a sejtekkel való kölcsönhatásaikat, de meg kell akadályozni az aggregációjukat az emberi plazmában.
A polimer nanogélekkel kapcsolatos aggodalmakat különösen a hatóanyag-szállításban vagy az orvosbiológiai diagnosztikában való alkalmazásuk miatt terjesztették ki. Míg a kémiailag kovalens térhálósított és a fizikailag nem kovalens térhálósított nanogélek a leggyakoribb előállítási módszernek számítanak, a szupramolekuláris térhálósítás egyedülálló kényelmet és rugalmasságot biztosít. A kutatók a dextránra oltott benzimidazol (Dex-g-BM) és a tiol-b-ciklodextrinnel (b-CD-SH) oxidatív hidroszulfidcsoporton keresztül keresztkötéssel összekötött benzimidazolon alapuló új szupramolekuláris nanogélt jelöltek ki savas pH-ra reagáló viselkedéssel (Chen et al., 2014).
Az új szupramolekuláris nanogélek különleges szupramolekuláris pH-érzékenységgel rendelkeznek savas körülmények között (pH<6, a rosszindulatú sejtek endoszómáinak tartományában) és csökkentett érzékenységgel a biológiailag releváns ingerekre adott válaszreakciókra, olyan tulajdonságok, amelyek a rák kemoterápiája területén nagy érdeklődésre tarthatnak számot, mivel ez az új szupramolekuláris nanogél intracelluláris hatóanyag-leadó rendszerként használható.
A kurkumin (CCM) alapú új vegyületet tartalmazó, biológiailag lebomló NP-ket amfifil dextrán és CCM konjugátumok önszerveződésével állítottak elő a polimerek vízben történő közvetlen diszpergálásával (Nagahama et al, 2015). Az új dextrán-CCM konjugátum NP-k magas CCM-tartalmat és magas vízoldékonyságot mutatnak. Alkalmazhatóságuk szempontjából a dextrán-CCM NP-ket sikerült HeLa sejtekbe juttatni, és élősejtes képalkotással elérhető erős fluoreszcenciát mutattak, bár az NP-ket nem sikerült normál sejtekbe juttatni.
A Maillard-reakcióval, majd hőzselés eljárással előállított új ovalbumin-dextrán nanogélek a kurkumin biológiai hozzáférhetőségének javítására is lehetőséget mutattak, amit tovább vizsgáltak in vitro gyomor-bél traktusban (Feng et al, 2016).
Az ovalbumin-dextrán nanogéleket a dextrannak az ovalbuminhoz való kovalens kötésével állították elő Maillard-reakcióval, majd a konjugátumokat az ovalbumin izoelektromos pontjánál melegítették, hogy stabil, gömb alakú nanogéleket kapjanak. A kurkumint pH-vezérelt módszerrel tovább terhelték a nanogélekbe, a beépítés befolyásolta a nanogélek marginális morfológiáját.
A nátrium-perodáttal oxidált és adipinsav-dihidraziddal tovább térhálósított dextrint teljesen reszorpcióképes hidrogélek előállítására használták kémiai iniciátorok használata nélkül (Molinos et al, 2012).
A hidrogélek jó mechanikai tulajdonságokkal és biokompatibilitással rendelkeztek, amit a gél tetején tenyésztett egér embrió 3T3 fibroblasztok proliferációja is bizonyított. A dextrinoxidált hidrogélekbe interleukin-10 (IL-10) és inzulinnal töltött dextrin nanogéleket is beépítettek. A 3 dimenziós hálózattal és folyamatos porózus szerkezettel rendelkező új, biológiailag lebomló rendszerek a fehérjék szabályozott felszabadításának kifinomult rendszerét mutatták be. A vegyületek tulajdonságai bioaktív molekulák injektálható hordozójaként is ajánlják őket.
Kutatásokat végeztek glikoxallal térhálósított dextrin alapú nanogélek előállítására (Manchun és mtsai., 2014). Az emulzióban előállított nanogélek, amelyeket a dextrin glikoxállal történő keresztkötésével állítottak elő sav-labilis kötés létrehozására, enyhén negatív felületi töltést és pH-reagáló viselkedést mutattak. Ezek a pH-reagáló nanogélek (DNG-k) képesek voltak a DOX lassú intracelluláris felszabadulását is kiváltani pH 7,4-nél, ami a pH csökkenésével (pH 5>6,8) fokozódott. A citotoxicitás csökkent mellékhatásokat mutatott a nem daganatos sejtekre, például a kardiomiocitákra és az őssejtekre.
Az ugyanezen szerzők további vizsgálatai a dextrin keresztkötési folyamat fejlesztését tartották szem előtt formaldehid alkalmazásával (Manchun és mtsai., 2015).
Az új pH-reagáló nanogélek hatékonyak voltak a DOX (antraciklin osztály) mátrixaként és további alkalmazásuk a vastagbélrák kezelésében. A hatóanyag-felszabadulás semleges pH-n lassú volt, de savas közegben jelentősen megnőtt. A formaldehid kereszt-kötőanyagot (FDNG) használó nanogélek citotoxicitása is alacsonyabb volt, mint a glioxállal vagy akár a hatóanyaggal önmagában. Ezek az FDNG-k a DOX hatékony felszabadulását a sejtmagokba, fokozott daganatellenes hatékonyságot mutattak a proliferáció hatékonyabb gátlásával és az apoptózis indukálásával. Ennek eredményeként az FDNG-ket ígéretes hatóanyag-leadó eszköznek tekintették a vastagbélrák terápiájában
.