11.2.2 Nanożele na bazie dekstranu i dekstryn
Dekstran, wynik wielu cząsteczek glukozy i łańcuchów o różnej długości, oraz dekstryny, węglowodany o niskiej masie cząsteczkowej produkowane przez hydrolizę skrobi lub glikogenu, są odpowiednie do przygotowania nanożeli dzięki swojej strukturze (Rys. 11.3). 11.3).
Rysunek 11.3. Struktura dekstranu (A) i dekstryn (B).
Zainteresowanie materiałami o łatwo przestrajalnych właściwościach uwalniania siRNA i zoptymalizowanym pod względem wielkości i czasu trwania efekcie wyciszania genów siRNA było przedmiotem badań już wcześniej (Raemdonck i in., 2008). W tym kontekście zsyntetyzowano kationowe biodegradowalne mikrożele dekstranowe, do których za pomocą oddziaływań elektrostatycznych wprowadzono siRNA przed uformowaniem sieci żelowej. Kontrolowane w czasie uwalnianie siRNA uzyskano poprzez zmianę początkowej gęstości sieci mikrożeli. W celu osiągnięcia kontrolowanego w czasie dostarczania siRNA w środowisku wewnątrzkomórkowym, ta sama grupa badaczy opisała kationowe mikrożele ładowane siRNA oparte na strukturach kationowego hydroksyetylometakrylanu dekstranu (dex-HEMA) oraz zsyntetyzowała kationowe biodegradowalne nanożele dekstranowe i oceniła ich zdolność do kompleksowania, a następnie uwalniania uwięzionego siRNA (Raemdonck i in., 2009).
Makrożele zostały przygotowane z kopolimeryzacji dex-HEMA z kationowymi monomerami metakrylanu, gdzie HEMA została połączona z szkieletem dekstranu poprzez ester węglanowy, pozwalając kationowej sieci hydrożeli na biodegradację poprzez hydrolizę w warunkach fizjologicznych. Dodatnio naładowane nanożele dekstranowe syntetyzowano metodą fotopolimeryzacji miniemulsyjnej, stosując dekstran-HEMA lub metakrylan dekstranu w obecności znanej ilości kationowego monomeru metakrylanu oraz fotoinicjatora Irgacure. Fazę dekstranową emulgowano w oleju mineralnym poddanym sonikacji i sieciowano za pomocą promieniowania UV. Zsyntetyzowane nanożele charakteryzowały się kinetyką degradacji, którą można łatwo dostosować do własnych potrzeb, oraz zdolnością do zatrzymywania siRNA z dużą pojemnością ładunkową w oparciu o oddziaływania elektrostatyczne. Duże ilości nanożeli z siRNA były internalizowane przez ludzkie komórki hepatoma HuH-7 bez znaczącej cytotoksyczności.
Ale mimo, że nanożele dex-HEMA zostały zgłoszone jako odpowiednie nośniki do dostarczania siRNA in vitro i idealnie dopasowane do dożylnego dostarczania do guzów, stwierdzono, że mają one niewystarczający czas krążenia krwi, aby umożliwić odpowiednią ekstrawazję i akumulację w tkance guza. Zaproponowano więc proces PEGylacji tych nanożeli w celu poprawy ich czasu krążenia i zminimalizowania ich agregacji po podaniu dożylnym. W rezultacie badacze zaproponowali nowy typ nanożelu i różne metody PEGylacji nanożeli dekstranowych (Naeye i in., 2010).
Wykazano, że kowalencyjna PEGylacja nanożeli z siRNA przy użyciu N-hydroksysuccinimidylowego glikolu polietylenowego (PEG) była lepsza niż dodanie zarówno PEG, jak i szczepionego PEG kwasu poli-l-glutaminowego. Badanie in vitro wykazało, że nanożele z dodatkiem PEG działają skutecznie na komórki ludzkiego hepatoma HuH-7 i komórki ludzkiego raka nabłonkowego A431.
Po tych badaniach dotyczących nanożeli dekstranowych stosowanych jako systemy nanonośnikowe do dostarczania siRNA in vitro, w innym badaniu z zastosowaniem kilku zaawansowanych metod oceniono, że nanożele dekstranowe zawierające siRNA są hemokompatybilne (Naeye i in., 2011).
W tym celu zastosowano metody agregometrii i cytometrii przepływowej, aby wykazać interakcje między nanożelami a komórkami krwi, w warunkach ściśle przypominających sytuację in vivo. Stwierdzono, że PEGylowanie nanożeli dekstranowych obciążonych siRNA jest prawdopodobnie najbezpieczniejszą formą dostarczania siRNA in vivo; nie wpłynęło znacząco na ich interakcje z komórkami, ale konieczne jest zapobieganie ich agregacji w ludzkim osoczu.
Zaniepokojenie związane z polimerowymi nanożelami zostało rozszerzone szczególnie ze względu na ich zastosowania w dostarczaniu leków lub diagnostyce biomedycznej. Podczas gdy chemicznie kowalencyjnie usieciowane i fizycznie niekowalencyjnie usieciowane nanożele są uważane za najbardziej powszechne metody przygotowania, supramolekularne sieciowanie zapewnia wyjątkową wygodę i elastyczność. Naukowcy wyznaczyli nowy supramolekularny nanogel o kwaśnym pH-odpowiedzialnym zachowaniu oparty na benzimidazolu szczepionym na dekstranie (Dex-g-BM) i usieciowanym do tiolu-b-cyklodekstryny (b-CD-SH) poprzez utleniającą grupę hydrosulfidową (Chen i in., 2014).
Nowe supramolekularne nanożele mają szczególną supramolekularną wrażliwość na pH w warunkach kwaśnych (pH<6, w zakresie złośliwych endosomów komórkowych) i zmniejszoną wrażliwość w odpowiedzi na biologicznie istotne bodźce, właściwości o dużym zainteresowaniu w dziedzinie chemioterapeutyków przeciwnowotworowych, ponieważ ten nowy supramolekularny nanogel może być stosowany jako wewnątrzkomórkowy system dostarczania leków.
Nowy związek z kurkuminą (CCM)-based biodegradable NPs prepared through self-assembly of amphiphilic dextran with CCM conjugates was accomplished by direct dispersion of polymers in water (Nagahama et al., 2015). Nowe NPs z koniugatem dekstran-CCM charakteryzują się wysoką zawartością ładunku CCM i wysoką rozpuszczalnością w wodzie. Z punktu widzenia możliwości ich zastosowania, możliwe było dostarczenie NPs dekstran-CCM do komórek HeLa i wykazywały one silną fluorescencję dostępną poprzez obrazowanie w żywych komórkach, chociaż NPs nie zostały dostarczone do normalnych komórek.
Nowe nanożele owalbumina-dekstran wytworzone poprzez reakcję Maillarda, a następnie proces żelowania cieplnego, również prezentowały potencjał do poprawy biodostępności kurkuminy, co było dalej badane w przewodzie pokarmowym in vitro (Feng i in., 2016).
Nanożele ovalbumin-dextran zostały przygotowane przez kowalencyjne przyłączenie dekstranu do ovalbuminy za pomocą reakcji Maillarda, a koniugaty zostały następnie podgrzane w punkcie izoelektrycznym ovalbuminy, aby uzyskać stabilne nanożele o strukturze sferycznej. Kurkumina była dalej ładowana do nanożeli metodą sterowaną pH, inkorporacja, która wpływała na brzeżną morfologię nanożeli.
Dekstryna, którą utleniano za pomocą nadjodanu sodu i sieciowano dalej dihydrazydem kwasu adypinowego, została użyta do przygotowania w pełni resorbowalnych hydrożeli bez użycia chemicznych inicjatorów (Molinos i in., 2012).
Hydroże charakteryzowały się dobrymi właściwościami mechanicznymi i biokompatybilnością, czego dowodem była proliferacja fibroblastów zarodka mysiego 3T3 hodowanych na powierzchni żelu. Oksydowane hydrożele dekstrynowe wykorzystano również do wbudowania nanożeli dekstrynowych, obciążonych interleukiną-10 (IL-10) i insuliną. Nowe biodegradowalne układy o trójwymiarowej sieci i ciągłej porowatej strukturze stanowią zaawansowany system kontrolowanego uwalniania białek. Właściwości związków rekomendują je również jako iniekcyjne nośniki cząsteczek bioaktywnych.
Badano otrzymywanie nanożeli na bazie dekstryny usieciowanej glioksalem (Manchun et al., 2014). Nanożele, przygotowane w emulsji poprzez usieciowanie dekstryny glioksalem w celu utworzenia wiązania kwaso-żywicznego, wykazywały lekko ujemny ładunek powierzchniowy i zachowanie reagujące na pH. Nanożele reagujące na pH (DNGs) były również zdolne do wyzwalania powolnego wewnątrzkomórkowego uwalniania DOX przy pH 7,4, które wzrastało wraz z obniżaniem pH (pH 5>6,8). Cytotoksyczność ujawniła zmniejszone skutki uboczne dla komórek nienowotworowych, takich jak kardiomiocyty i komórki macierzyste.
Dalsze badania tych samych autorów miały na uwadze udoskonalenie procesu sieciowania dekstryn poprzez zastosowanie formaldehydu (Manchun et al., 2015).
Te nowe reagujące na pH nanożele były wydajne jako matryce dla DOX (klasa antracyklin) i dalsze zastosowania w leczeniu raka jelita grubego. Uwalnianie leku było powolne w neutralnym pH, ale wzrosło znacząco w środowisku kwaśnym. Również cytotoksyczność nanżeli z użyciem formaldehydowego cross-linkera (FDNGs) była niższa niż tych z glioksalem, a nawet niż samego leku. FDNGs charakteryzowały się również efektywnym uwalnianiem DOX do jąder komórkowych, zwiększoną skutecznością przeciwnowotworową poprzez skuteczniejsze hamowanie proliferacji oraz indukowanie apoptozy. W rezultacie, FDNGs zostały uznane za obiecujący nośnik leków w terapii raka jelita grubego.
.