11.2.2 Nanogeli pe bază de dextran și dextrine
Dextranul, rezultat din mai multe molecule de glucoză și lanțuri de diferite lungimi, și dextrinele, carbohidrați cu greutate moleculară mică obținuți prin hidroliza amidonului sau a glicogenului, sunt ambele potrivite pentru prepararea nanogelurilor datorită structurii lor (Fig. 11.3).
Figură 11.3. Structura dextranului (A) și a dextrinelor (B).
Interesul pentru materiale cu proprietăți de eliberare a siARN-ului ușor de reglat și cu efect optimizat de silențiere genetică a siARN-ului din punct de vedere al magnitudinii și duratei a fost un subiect anterior de investigații (Raemdonck et al., 2008). În acest context, au fost sintetizate microgeluri biodegradabile cationice de dextran, în care siARN-ul a fost încărcat ulterior formării gelului din rețea prin interacțiuni electrostatice. Eliberarea controlată în timp a siARN-ului a fost realizată prin variația densității inițiale a rețelei de microgeluri. Pentru a obține o eliberare controlată în timp a siARN într-un mediu intracelular, același grup de cercetători a raportat microgeluri cationice încărcate cu siARN pe bază de structuri de hidroxietilmetacrilat de dextran cationic (dex-HEMA) și a sintetizat nanogeluri cationice biodegradabile de dextran și a evaluat capacitatea de a complexa și ulterior de a elibera siARN-ul captat (Raemdonck et al., 2009).
Macrogelurile au fost preparate din dex-HEMA copolimerizat cu monomeri de metacrilat cationic, unde HEMA a fost cuplat la coloana vertebrală de dextran prin intermediul unui ester carbonat, permițând rețelei de hidrogel cationic să se biodegradeze prin hidroliză în condiții fiziologice. Nanogelurile de dextran încărcate pozitiv au fost sintetizate printr-o metodă de fotopolimerizare în miniemulsie aplicată la dex-HEMA sau metacrilat de dextran în prezența unei cantități cunoscute de monomer de metacrilat cationic și a fotoinițiatorului Irgacure. Faza de dextran a fost emulsionată în ulei mineral prin sonicare și reticulată prin iradiere UV. Nanogelurile sintetizate au prezentat o cinetică de degradare care poate fi ușor adaptată și au fost capabile să rețină siRNA cu o capacitate de încărcare ridicată pe baza interacțiunilor electrostatice. Cantități mari de nanogeluri încărcate cu siARN au fost internalizate de celulele de hepatom uman HuH-7 fără citotoxicitate semnificativă.
Deși nanogelurile dex-HEMA au fost raportate ca fiind purtători adecvați pentru administrarea in vitro de siARN și cu dimensiuni ideale pentru administrarea intravenoasă în tumori, s-a concluzionat că acestea posedă timpi de circulație sanguină insuficienți pentru a permite extravazarea și acumularea adecvată în țesutul tumoral. Astfel, s-a propus un proces de PEGilare a acestor nanogeluri pentru a le îmbunătăți timpul de circulație și pentru a minimiza agregarea lor la injectarea intravenoasă. Ca urmare, cercetătorii au propus un nou tip de nanogel și diferite metode de PEGilare a nanogelurilor de dextran (Naeye et al., 2010).
S-a demonstrat că PEGilarea covalentă a nanogelurilor încărcate cu siRNA folosind N-hidroxizuccinimidil polietilenglicol (PEG) a fost superioară adăugării atât a PEG, cât și a acidului poli-l-glutamic grefat cu PEG. Investigația in vitro a arătat că nanogelurile PEGilate acționează eficient asupra celulelor de hepatom uman HuH-7 și a celulelor de carcinom epitelial uman A431.
După aceste investigații referitoare la nanogelurile de dextran utilizate ca sisteme nanocarrier pentru a livra siARN in vitro, într-un alt studiu care a utilizat mai multe metode avansate, s-a evaluat că nanogelurile de dextran încărcate cu siARN sunt hemocompatibile (Naeye et al, 2011).
Astfel, au fost utilizate metode de agregometrie și citometrie în flux pentru a evidenția interacțiunile dintre nanogeluri și celulele sanguine, în condiții foarte asemănătoare cu situația in vivo. S-a concluzionat că PEGilarea nanogelurilor de dextran încărcate cu siRNA este probabil cea mai sigură formulare pentru livrarea de siRNA in vivo; acestea nu au influențat în mod semnificativ interacțiunile lor cu celulele, dar este necesar să se prevină agregarea lor în plasma umană.
Preocuparea cu privire la nanogelurile polimerice a fost extinsă în special datorită aplicațiilor lor în livrarea de medicamente sau în diagnosticarea biomedicală. În timp ce nanogelurile reticulate chimic covalent și cele reticulate fizic necovalent sunt considerate cele mai comune metode de preparare, reticularea supramoleculară oferă o comoditate și o flexibilitate unice. Cercetătorii au desemnat un nou nanogel supramolecular cu un comportament sensibil la pH-ul acid pe bază de benzimidazol grefat pe dextran (Dex-g-BM) și reticulat cu tiol-b-ciclodextrină (b-CD-SH) prin intermediul unui grup hidrosulfură oxidativ (Chen et al., 2014).
Noii nanogeli supramoleculari au o sensibilitate supramoleculară specială la pH în condiții acide (pH<6, în intervalul endosomelor celulare maligne) și o sensibilitate redusă ca răspuns la stimuli biologic relevanți, proprietăți de mare interes în domeniul chimioterapiei cancerului, deoarece acest nou nanogel supramolecular ar putea fi utilizat ca sistem de eliberare intracelulară a medicamentelor.
Un nou compus cu NPs biodegradabile pe bază de curcumină (CCM) preparat prin autoasamblarea dextranului amfifilic cu conjugate CCM a fost realizat prin dispersia directă a polimerilor în apă (Nagahama et al., 2015). Noile NPs conjugate de dextran-CCM prezintă un conținut ridicat de încărcare cu CCM și o solubilitate ridicată în apă. Din punctul de vedere al aplicabilității lor, a fost posibilă livrarea de dextran-CCM NPs în celulele HeLa și au prezentat o fluorescență puternică disponibilă prin imagistica celulelor vii, deși NPs nu au fost livrate în celule normale.
Noi nanogeluri ovalbumină-dextran fabricate prin reacția Maillard urmată de un proces de gelificare termică, au prezentat, de asemenea, un potențial de îmbunătățire a biodisponibilității curcuminei, care a fost investigat în continuare într-un tract gastrointestinal in vitro (Feng et al., 2016).
Nanogelurile ovalbumină-dextran au fost preparate prin atașarea covalentă a dextranului la ovalbumină prin reacția Maillard, iar conjugatele au fost apoi încălzite la punctul izoelectric al ovalbuminei pentru a obține nanogeluri stabile cu o structură sferică. Curcumina a fost încărcată în continuare în nanogeluri printr-o metodă determinată de pH, încorporare care a afectat morfologia marginală a nanogelurilor.
Dextrina, care a fost oxidată cu periodat de sodiu și reticulată în continuare cu dihidrazidă de acid adipic, a fost utilizată pentru prepararea de hidrogeluri complet resorbabile fără a utiliza inițiatori chimici (Molinos et al., 2012).
Hidrogelurile au prezentat proprietăți mecanice bune și biocompatibilitate, dovedite prin proliferarea fibroblastelor de embrion de șoarece 3T3 cultivate deasupra gelului. Hidrogelurile oxidate cu dextrină au fost utilizate, de asemenea, pentru încorporarea de nanogeluri de dextrină, încărcate cu interleukină-10 (IL-10) și insulină. Noile sisteme biodegradabile cu rețea 3-D și structură poroasă continuă au prezentat un sistem sofisticat de eliberare controlată a proteinelor. Proprietățile compușilor le recomandă, de asemenea, ca purtător injectabil de molecule bioactive.
S-au făcut cercetări privind prepararea nanogelurilor pe bază de dextrină reticulată cu glioxal (Manchun et al., 2014). Nanogelurile, preparate în emulsie prin reticulare a dextrinei cu glioxal pentru a crea o legătură acid-labilă, au prezentat o sarcină superficială ușor negativă și un comportament sensibil la pH. Acești nanogeli sensibili la pH (DNGs) au fost, de asemenea, capabili să declanșeze o eliberare intracelulară lentă de DOX la pH 7,4, care a crescut odată cu scăderea pH-ului (pH 5>6,8). Citotoxicitatea a evidențiat efecte secundare reduse asupra celulelor nontumorale, cum ar fi cardiomiocitele și celulele stem.
Investigațiile ulterioare ale acelorași autori au avut în vedere îmbunătățirea procesului de reticulare a dextrinei prin utilizarea formaldehidei (Manchun et al., 2015).
Aceste noi nanogeluri sensibile la pH au fost eficiente ca matrici pentru DOX (clasa antraciclinelor) și aplicații ulterioare în tratamentul cancerului colorectal. Eliberarea medicamentului a fost lentă la pH neutru, dar a crescut semnificativ în mediu acid. De asemenea, citotoxicitatea nanogelurilor care utilizează reticulantul formaldehidă (FDNG) a fost mai mică decât cea a celor cu glioxal sau chiar decât cea a medicamentului singur. Aceste FDNG-uri au prezentat, de asemenea, o eliberare eficientă a DOX în nuclee, o eficacitate antitumorală sporită prin inhibarea mai eficientă a proliferării și prin inducerea apoptozei. Ca urmare, FDNG-urile au fost considerate un vehicul promițător de eliberare a medicamentelor pentru terapia cancerului colorectal.
.