11.2.2 Nanogeler baserade på dextran och dextriner
Dextran, resultatet av många glukosmolekyler och kedjor av varierande längd, och dextriner, kolhydrater med låg molekylvikt som framställs genom hydrolys av stärkelse eller glykogen, är båda lämpliga för framställning av nanogeler på grund av sin struktur (fig. 11.3).
Intresset för material med lätt avstämbara egenskaper för frisättning av siRNA och optimerad siRNA-gen-silencing-effekt när det gäller storlek och varaktighet har tidigare varit föremål för undersökningar (Raemdonck et al., 2008). I detta sammanhang syntetiserades katjoniska biologiskt nedbrytbara dextranmikrogeler, där siRNA laddades före gelbildningen av nätverket genom elektrostatiska interaktioner. Den tidskontrollerade frisättningen av siRNA uppnåddes genom att variera den initiala nätverkstätheten i mikrogellerna. För att uppnå tidskontrollerad siRNA-leverans i en intracellulär miljö rapporterade samma forskargrupp siRNA-belastade katjoniska mikrogeler baserade på strukturer av katjoniskt dextranhydroxyetylmetakrylat (dex-HEMA) och syntetiserade katjoniska biologiskt nedbrytbara dextran-nanogeler och utvärderade förmågan att komplexera och därefter släppa ut det inneslutna siRNA:t (Raemdonck et al, 2009).
Makrogelerna framställdes av dex-HEMA som sampolymeriserats med katjoniska metakrylatmonomerer, där HEMA kopplades till dextrans ryggrad genom en karbonatester, vilket gör det möjligt för det katjoniska hydrogelnätverket att biologiskt brytas ned genom hydrolys under fysiologiska förhållanden. De positivt laddade dextran-nanogelen syntetiserades genom en miniemulsionsfotopolymeriseringsmetod som tillämpades på dex-HEMA eller dextranmetakrylat i närvaro av en känd mängd av den kationiska metakrylatmonomeren och Irgacure-fotoinitiatorn. Dextranfasen emulgerades i mineralolja genom sonikation och tvärbindades genom UV-strålning. De syntetiserade nanogelen uppvisade en nedbrytningskinetik som lätt kan skräddarsys och kunde innesluta siRNA med en hög laddningskapacitet baserad på elektrostatiska interaktioner. Stora mängder siRNA-belastade nanogeler internaliserades av HuH-7 humana hepatomceller utan signifikant cytotoxicitet.
Trots att dex-HEMA-nanogellerna har rapporterats vara lämpliga bärare för in vitro-leverans av siRNA och idealiskt dimensionerade för intravenös leverans till tumörer, drogs slutsatsen att de har otillräckliga blodcirkulationstider för att möjliggöra adekvat extravasering och ackumulering i tumörvävnad. Därför föreslogs en PEGyleringsprocess för dessa nanogeler för att förbättra deras cirkulationstid och minimera deras aggregering vid intravenös injektion. Som ett resultat av detta föreslog forskarna en ny typ av nanogel och olika metoder för PEGylering av dextran-nanogels (Naeye et al., 2010).
Det visades att kovalent PEGylering av de siRNA-belagda nanogels med hjälp av N-hydroxysuccinimidylpolyetylenglykol (PEG) var överlägsen tillsatsen av både PEG och PEG-graftad poly-l-glutaminsyra. In vitro-undersökningen visade att PEG-belagda nanogeler agerar effektivt på HuH-7 humana hepatomceller och A431 humana epitelkarcinomceller.
Efter dessa undersökningar om dextran-nanogeler som används som nanodragarsystem för att leverera siRNA in vitro, utvärderades i en annan studie, där man med hjälp av flera avancerade metoder använde sig av flera avancerade metoder, att siRNA-belagda dextran-nanogeler är hemokompatibla (Naeye et al,
Därmed användes aggregometri- och flödescytometrimetoder för att bevisa interaktionerna mellan nanogels och blodceller, under förhållanden som liknar situationen in vivo. Man drog slutsatsen att PEGylering av de siRNA-belagda dextran-nanogellerna sannolikt är den säkraste formuleringen för siRNA-leverans in vivo; de påverkade inte interaktionerna med cellerna nämnvärt, men det är nödvändigt att förhindra deras aggregering i mänsklig plasma.
Omtanen för polymera nanogeler utökades särskilt på grund av deras tillämpningar inom läkemedelsleverans eller biomedicinsk diagnostik. Medan kemiskt kovalent tvärbundna och fysiskt icke-kovalent tvärbundna nanogeler anses vara de vanligaste framställningsmetoderna, ger supramolekylär tvärbindning unik bekvämlighet och flexibilitet. Forskarna har utsett en ny supramolekylär nanogel med surt pH-responsivt beteende baserad på bensimidazol som är ympad på dextran (Dex-g-BM) och tvärbunden till tiol-b-cyklodextrin (b-CD-SH) via en oxidativ hydrosulfidgrupp (Chen et al, 2014).
De nya supramolekylära nanogelen har speciell supramolekylär pH-känslighet under sura förhållanden (pH<6, inom intervallet för maligna cellära endosomer) och minskad känslighet som svar på biologiskt relevanta stimuli, egenskaper som är av stort intresse inom området cancerkemoterapi, eftersom denna nya supramolekylära nanogel skulle kunna användas som ett intracellulärt läkemedelsförmedlingssystem.
En ny förening med curcumin (CCM)-baserad biologiskt nedbrytbar NPs framställd genom självmontering av amfifilt dextran med CCM-konjugat åstadkoms genom direkt dispersion av polymerer i vatten (Nagahama et al, 2015). De nya dextran-CCM-konjugerade NP:erna uppvisar hög CCM-laddningshalt och hög vattenlöslighet. Med tanke på deras tillämpbarhet var det möjligt att leverera dextran-CCM NPs till HeLa-celler och de uppvisade stark fluorescens som var tillgänglig genom avbildning av levande celler, även om NPs inte levererades till normala celler.
Nya ovalbumin-dextran-nanogeler tillverkade via Maillard-reaktionen följt av en värmelagringsprocess, uppvisade också potential för att förbättra biotillgängligheten av kurkumin, vilket undersöktes ytterligare i en in vitro gastrointestinal tract (Feng et al, 2016).
Ovalbumin-dextran-nanogelen framställdes genom kovalent bindning av dextran till ovalbumin genom Maillard-reaktionen, och konjugaten värmdes sedan vid ovalbumins isoelektriska punkt för att ge stabila nanogeler med en sfärisk struktur. Kurkumin laddades ytterligare i nanogels genom en pH-driven metod, inlagring som påverkade nanogels marginella morfologi.
Dextrin, som oxiderades med natriumperiodat och tvärlänkades ytterligare med adipinsyradihydrazid, användes för framställning av helt resorberbara hydrogeler utan användning av kemiska initiatorer (Molinos et al, 2012).
Hydrogelerna uppvisade goda mekaniska egenskaper och biokompatibilitet, vilket bevisades av spridningen av musembryofibroblaster 3T3 som odlades ovanpå gelen. Dextrinoxiderade hydrogellerna användes också för inkorporering av dextrin-nanogels, laddade med interleukin-10 (IL-10) och insulin. De nya biologiskt nedbrytbara systemen med 3D-nätverk och kontinuerlig porös struktur utgjorde ett sofistikerat system för kontrollerad frisättning av proteiner. Föreningarnas egenskaper rekommenderar dem också som injicerbara bärare av bioaktiva molekyler.
Det har forskats om framställning av nanogeler baserade på dextrin tvärbundet med glyoxal (Manchun et al., 2014). Nanogelen, som framställdes i emulsion genom att korslänka dextrin med glyoxal för att skapa en syra-labil bindning, visade en svagt negativ ytladdning och pH-responsivt beteende. Dessa pH-responsiva nanogeler (DNG) kunde också utlösa en långsam intracellulär frisättning av DOX vid pH 7,4, som ökade med sjunkande pH (pH 5>6,8). Cytotoxiciteten visade på minskade bieffekter på icke-tumörceller, såsom kardiomyocyter och stamceller.
Fortsatta undersökningar av samma författare hade i åtanke förbättringen av dextrin-korsbindningsprocessen genom att använda formaldehyd (Manchun et al., 2015).
Dessa nya pH-responsiva nanogels var effektiva som matriser för DOX (antracyklinklass) och ytterligare tillämpningar i behandling av kolorektalcancer. Läkemedelsfrisättningen var långsam vid neutralt pH, men ökade betydligt i surt medium. Dessutom var cytotoxiciteten hos nanogellerna med formaldehydkorslinker (FDNG) lägre än nanogellerna med glyoxal eller till och med lägre än läkemedlet ensamt. Dessa FDNG:er har också gett en effektiv frisättning av DOX i kärnorna, en ökad antitumoreffekt genom att effektivare hämma proliferationen och genom att inducera apoptos. Därför ansågs FDNG:erna vara ett lovande medel för läkemedelsleverans för behandling av kolorektalcancer.