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PEG-PCCLナノ粒子の毒性評価とパクリタキセル負荷の抗腫瘍効果に関する予備調査

要約

従来の化学療法薬の単剤治療の効率は、腫瘍の生理学的障壁によって不快に低下します。この点で、ナノ粒子は、必要な領域に抗腫瘍剤を送達することにより、標的癌治療のそのような医学的目的を達成するために魅力的になっている。新規の薬物送達剤であるポリ(エチレングリコール)カルボキシル-ポリ(ε-カプロラクトン)(PEG-PCCL)は、親水性が高く安定していると報告されていますが、その有機毒性についてはほとんど知られていません。この研究は、PEG-PCCLの全身毒性評価に焦点を合わせました。 PTXをロードしたPEG-PCCL(PEG-PCCL / PTX)の薬物動態とその抗腫瘍効果を事前に調査しました。本研究では、PEG-PCCLはレーザー粒子サイズアナライザーと透過型電子顕微鏡によって特徴づけられました。細胞毒性は、MTTテスト、LDHリークアッセイ、免疫蛍光抗体法、および透過型電子顕微鏡法によって調査されました。溶血、静脈炎、および臓器毒性試験を実施して、生体適合性および急性生物毒性を実証しました。 H22担癌マウスを使用して、PEG-PCCL / PTXのミセルの薬物動態およびその抗腫瘍効果を評価しました。結果は、PEG-PCCLナノスフェアのサイズが97±2.6nmであることを示しました。 PEG-PCCL処理は、細胞毒性がほとんどなく、生体適合性が良好であり、臓器毒性を示さなかった。 PTXの読み込み効率は49.98%でした。 H22担癌マウスの薬物動態研究により、PEG-PCCL / PTXは、PTX単独よりも安定性が高く、放出が遅いことが明らかになりました。総合すると、これらの結果は、PEG-PCCLナノスフェアは生物に対する毒性がほとんどなく、疎水性薬物の生体適合性薬物ビヒクルの潜在的な候補であることを示唆しています。

はじめに

がんの発生率の上昇傾向は、ここ数十年の高齢化人口の増加とともに続いています[1]。癌の従来の化学療法の有効性は限られており、総線量のごく一部が腫瘍部位に到達し、残りは健康な組織全体に分布し、特に好中球減少症と心筋症に悪影響を及ぼします[2]。ナノ粒子は、その独特の物理的および化学的特性により、化学療法薬の送達のための潜在的なプラットフォームを表しています[3]。その結果、副作用の軽減と治療効果の向上を実現できます。コポリマーベースのポリ(エチレングリコール)(PEG)およびメトキシポリ(エチレングリコール)(MePEG)/ポリ(ε-カプロラクトン)(PCL)は、ドラッグデリバリーシステム(DDS)で使用される有望な有機ナノ粒子であると考えられており、すでにFDAによって承認されました。これらのナノ粒子は、生体適合性、生分解性、感熱性などの制御が容易な特性を備えています[4]。 PCLナノスフェア[5]、PEG-PCL-PEG [6,7,8]、PCL-PEG-PCL [9]ヒドロゲルなど、いくつかのジブロックおよびトリブロックポリマーが生物医学的用途で研究されています。 PCLブロックは疎水性薬物をカプセル化する疎水性コアを構成しますが、PEGブロックは親水性シェルを形成し、コアシェルミセルナノ構造を形成します。これらのジブロックおよびトリブロックポリマーは、安定した構造、血液循環の持続時間の延長、強化された透過性および保持効果による受動的ターゲティングなどの特性により、かなりの注目を集めています[10]。ただし、毒性、低薬物ペイロード、望ましくない薬物漏出、細網内皮系によるクリアランスなど、有機ポリマーの物議を醸す課題は依然として存在します[11、12、13]。

上記のポリマーと比較して、カプロラクトン上でさらにカルボキシル共有結合的に修飾され、以前の研究[14、15]で調製および特性評価されたPEG-PCCLは、水素結合の効果により、より高い親水性とより優れた安定性を示します。 。物理化学的特性の結果とは別に、高分子担体のinvivoおよびinvitro毒性試験に関するデータはほとんど報告されていません。それにもかかわらず、予測モデルと検証済みの標準的な方法には、ナノ粒子の毒性アッセイを含む一連のデザインルールが必要です。

それを踏まえて、ここでは、in vivoでの高い耐性と生分解性という好ましい属性にもかかわらず、定性的および定量的にPEG-PCCLのinvivoおよびinvitro急性毒性評価に焦点を当てました。生物医学研究で広く使用されているナノ粒子であるポリエーテルイミド(PEI)がポジティブコントロールとして選出されました。パクリタキセル(PTX)は、第一線の抗がん剤[16]であり、特に卵巣がんおよび非小細胞肺がんの最適化された化学療法薬であり、世界保健機関の必須医薬品リスト 。ナノテクノロジーの発展に伴い、ナノ粒子へのPTXローディングは、学際的な協力治療の状況下での部位特異的薬物送達の潜在的な解決策であると考えられています[17、18]。この研究では、PTXをロードしたPEG-PCCLを使用して、肝H22担癌マウスモデルにおけるinvivoでの薬物動態とその抗腫瘍効果を調べました。

メソッド

材料、細胞、動物

ε-カプロラクトン(ε-CL、Alfa Aesar、米国)、ポリ(エチレングリコール)(PEG、Mn =1000、Fluka、米国)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI、Aldrich、米国)、Palladium sur charbon(pd / c、Sigma 、米国)、ダルベッコの改変イーグル培地(DMEM、ハイクローン、米国)、3-(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-2,5-ジフェニルテトラゾリウムブロミド(MTT、シグマ、米国)、ウシ血清アルブミン(BSA 、BR、BoAo Co. Ltd.、中国)をさらに精製することなく使用した。すべての材料は分析試薬グレードでした。

雄のBalb / Cマウス(7〜8週齢、体重20〜25 g)とニュージーランドのウサギ(体重2.5〜3.0 kg)は、成都DaShuoバイオテクノロジー企業(中国、四川省)から品質証明書番号SCXK2013–で購入しました。 24。動物は、十分な餌と水道水を備えた標準的な特定病原体除去環境で維持されました。実験は、実験動物の管理と使用に関するガイド(中国科学技術省、2006年)に従って実施されました。すべての動物実験手順は、四川大学の西中国医療センターの実験動物倫理委員会によって承認されました。

マウスH22肝癌細胞(H22)、ヒト胎児腎臓細胞(HEK293T)、および肝細胞癌細胞(Hep G2)は、四川大学西中国基礎医学法医学部免疫学科から入手しました。 HEK293TとHepG2は、10%ウシ胎児血清(FCS)(Hyclone、UT、USA)と抗生物質(ペニシリン100 U / mLとストレプトマイシン)を添加したダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)(Hyclone、UT、USA)で培養しました。 100 U / mL)、37°C​​、5%CO2。

PEG-PCCLおよびPTXをロードしたPEG-PCCLミセルの調製

PEG-PCCLおよびPTX-NPは、中国の電子科学技術大学のマイクロエレクトロニクスおよびソリッドステートエレクトロニクス学部の協力者であるLiu教授から提供されました。 PEG-PCCLジブロックコポリマーは、以下のフロー図のように、Palladium sur charbonの触媒を使用して、PEGホモポリマーの存在下でɛ-CLの開環重合によって合成されました(図1)。得られたPEG-PCCL共重合体は精製され、使用するまで気密バッグに保管されました。

PEG-PCCLダイポリマーの合成のフロー図

PTXをPEG-PCCLナノ粒子、固体分散体にロードするために、PEG-PCCLを調製した後、有毒な有機溶媒を使用しない簡単で価値のある手法[19]を実行しました。次に、溶液を減圧下、60℃で蒸発させた。アルコールを蒸発させた後、均質なコポリマーが得られた。 PTXは、アモルファス形態として高分子担体によってカプセル化されました。共蒸発液を65°Cの水に溶解してPTX-NPs溶液を生成し、0.22nmフィルターでろ過して清澄化した滅菌溶液を得ました。 PTX-NPs粉末は、凍結乾燥システムの凍結乾燥溶液から得られました。 PTXの捕捉効率(EE)は、ミニカラム遠心分離法で測定されました[20]。 PEG-PCCLに組み込まれたPTXの濃度(C I )またはPEG-PCCL分散液中の総薬物(C T )をHPLCで分析した。 EE(%)=(C I / C T )×100%。

特性評価

PEG-PCCLの粒子サイズとゼータ電位は、レーザー粒子サイズアナライザー(Malvern Nano-ZS 90)で測定しました。透過型電子顕微鏡法(TEM、H-6009IV、日立、日本)を使用して、PEG-PCCLの形態を評価しました。具体的には、ナノ粒子の溶液をニトロセルロースで覆われた銅グリッド上に置き、サンプルをリンタングステン酸で染色し、室温で乾燥させました。

細胞毒性アッセイ

細胞毒性は、Hep-G2およびHEK293TでのMTTおよびLDHリークアッセイによって評価されました。 MTSの代謝は、MTTの手順[21]に従って無傷の細胞で定量化されました。細胞懸濁液は、トリプシン/ EDTA(HyClone、UT、USA)によって調製されました。合計0.4×10 4 細胞を96ウェルプレート(コーニング、マサチューセッツ州、米国)に播種しました。プレートを12時間インキュベートして、細胞を培養プレートのプラスチック表面に付着させました。次に、培地を除去し、200μlの新鮮な培地または異なる濃度のPEG-PCCL(0〜1 mg / mL)を含む培地をウェルに添加しました。 24時間の曝露期間中、FCSは培地に添加されませんでした。生存率は細胞毒性パラメーターによって決定され、次の式で表されました:生存率(%)=(OD T / OD C )×100。ここでは、OD T およびOD C PEG-PCCLまたはPEIナノ粒子で処理した細胞と未処理の細胞のそれぞれの吸光度値(分光光度計リーダーで570 nmで測定)を参照してください。

培地中のLDH漏出は、LDHアッセイキット(Biotech、中国)を使用して調べました。ナノ粒子処理グループのすべての分光測定は、無細胞コントロールによって補正されました。形態学的研究のために、HepG2細胞を播種し、細胞毒性アッセイと同じ方法で曝露しました。細胞を4%パラホルムアルデヒドで固定し、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察しました。

アポトーシスアッセイ

アポトーシスは、アネキシンV-FITCおよびPI二重染色によって決定されました[22]。簡単に説明すると、HepG2細胞を12ウェルプレートに4×10 4 の密度で播種しました。 細胞/ウェルおよびPEG-PCCL(0.5 mg / mL)およびPEI(0.5 mg / mL)で48時間処理。次に、細胞を冷リン酸緩衝生理食塩水(PBS)で3回洗浄した後、アネキシンV-FITCを15分間インキュベートし、暗所で4°Cでさらに15分間PI染色しました。染色された細胞は、蛍光顕微鏡(オリンパス株式会社、東京、日本)で30分以内に観察されました。

血液適合性アッセイ

PEG / PCCLの血液適合性は、以前に報告されたin vitro赤血球(RBC)溶血試験に従って評価されました[23]。マウスの血液サンプルを採取し、赤血球をPBS(2%RBC溶液)に溶解しました。 0.5 mg / mlの生理食塩水、PEI、またはPEG-PCCLを2%RBC溶液と混合しました。陽性の溶血コントロールは、等量の赤血球懸濁液と蒸留水を加えることによって準備されました。混合物を37°Cで1時間および3時間維持し、2000 r / minで5分間遠心分離した後、マイクロプレートリーダー(Bio-Rad、CA、USA)を使用して570nmで上清を検出しました。溶血の割合は、次の式で計算されました:溶血%=(OD T –OD NC )/(OD PC –OD NC )×100。ここでは、OD T 、OD NC 、およびOD PC サンプル、ネガティブコントロール、ポジティブコントロールのそれぞれの吸光度値を参照してください。さらに、通常の生理食塩水、PEI(20 mg / kg)、またはPEG-PCCL(20 mg / kg)で3時間処理したマウスの尾静脈から採取した血液サンプルから、RBC数をカウントすることでinvivo溶血を測定しました。

うさぎ静脈炎

ウサギの両耳の静脈を使用して、炎症性細胞浸潤と表皮変性を比較しました[24、25]。ウサギはランダムに2つのグループに分けられました。それぞれに、1mlの生理食塩水または0.5mg / mlのPEG-PCCLを耳介静脈から投与しました。ナノ粒子注入の24時間後に、抱水クロラール(4%、Sigma、USA)の過剰摂取によってウサギが殺されました。近位と遠位の両方でカテーテル先端から10〜15 mmの領域を含む、2つの耳静脈サンプルが取得されました。これらの静脈は4%パラホルムアルデヒド溶液で固定されました。次に、パラフィン断面を作成し、ヘマトキシリンおよびエオシン(HE)で染色しました。組織病理学的検査は盲目的に行われた。調査結果は、表に示されている基準に従って、表皮変性を加えた桑原[17]の基準に基づいて評価されました。

肝機能検査

マウスにPEG-PCCL(0.5 mL、20 mg / kg)を7日間投与した後、眼窩静脈叢(2 mL)から血液サンプルを抽出し、すぐに1300 g、4°Cで遠心分離しました。上澄みを取り除いた。次に、アスパラギン酸アミノトランスフェラーゼ(AST)、アラニンアミノトランスフェラーゼ(ALT)、アルカリホスファターゼ(ALP)、ビリルビ、クレアチニン、尿酸、アルブミンなどの血清生化学パラメーター[26]を、動物生化学自動分析装置(Dri-Chem 3000)を使用して評価しました。 、富士写真、東京、日本)、これは肝臓と腎機能の間接的な指標です。

病理学的検査

肺、肝臓、腎臓の組織病理学的変化を、マウスを介してPEG-PCCL、PEI溶液、または通常の生理食塩水(0.5 mL、20 mg / kg)を注射してから24時間、48時間、および7日後にH&E染色で調べました。尾静脈。これらの臓器は、動物の犠牲の後に得られました。組織病理学セクションおよびH&E染色は、他の場所で説明されているように実行されました[26]。組織病理学的変化を光学顕微鏡で観察し、各種カメラ(Leica、Co。Ltd.、Germany)で記録しました。

血中濃度

PTXの血中濃度は、分光光度計(LAMBDA 950、PerkinElmer、中国)を使用して計算されました。血液サンプルは、治療後0.08、0.25、0.5、0.75、1、2、6、12、24時間でマウスの軌道から採取されました。 1300 gで10分間遠心分離した後、上清(100μL)を回収しました。各血液サンプルのPTX濃度は、760nmの分光光度計で測定しました。

マウス腫瘍のモデルと治療

H22細胞懸濁液(0.25 mL、4×10 6 細胞/マウス)を0日目にBalb / Cマウスに腹腔内注射しました。腹水が形成されたとき(3〜5日目)、担癌マウスをランダムに3つのグループに分けました( n =5)そして治療が開始されました。抗腫瘍効果を評価するために、マウスに通常の生理食塩水、PEG-PCCL / PTX(20 mg / kg)、またはPTX(10 mg / kg)を0.5mLの容量で腹腔内注射しました。腹部周囲長(AP)を毎日測定して、AP(IPAP)の増加率を次のように計算しました。IPAP=( P n P 0 )/ P n 。 10日目に、生き残ったマウスを頸椎脱臼により犠牲にし、腹水を収集して秤量した。マウスの生存期間は20日目まで観察された。腫瘍を有するマウスは、高呼吸数、毛皮の波打ち、腰を下ろした姿勢、活動の低下、および進行性腹水形成を含む苦痛の兆候を伴うエンドポイントで処刑された[27]。抗腫瘍活性は、生存日数、腹部周囲長、および腹水の量によって包括的に評価されました。マウスは標準的な実験室条件下で飼育されました。

統計分析

統計分析は、SPSS 19.0(IBM、NY、USA)を使用して実行されました。すべての実験的治療は、少なくとも3回独立して繰り返されました。データは平均±標準偏差(SD)として表されました。統計分析には分散分析(ANOVA)を採用しました。各静脈炎所見のグレードは、ウィルコクソン順位和検定によって分析されました。ダネットの検定は、個々の介入を比較するために使用されました。統計的有意性は P で示されました <0.05。

結果

PEG-PCCLの形態、直径、およびゼータ電位

レーザー粒子サイズアナライザーの結果は、PEG-PCCLの平均直径が97±2.6nmであることを示しました。 PEG-PCCLのTEM結果(図2)は、PEG-PCCLが球形であり、溶液中で均一であることを明らかにしました。 PEG-PCCLの平均ゼータ電位は-18.4mVでした。ミニカラム遠心分離法では、EE%が55.98%であることが示されました。

PEG-PCCLの特徴:TEM画像。スケールバーは100nmでした

細胞毒性

PEG-PCCLの細胞毒性は、HEK293TおよびHep-G2細胞株における典型的なナノスケールビヒクルであるPEIと比較することによって評価されました。 PEG-PCCLまたはPEIの濃度範囲(0〜1 mg / mL)内で、HEK293T細胞(図3a)と腫瘍細胞(Hep-G2)(図3b)の両方の生存率が濃度依存的に低下しましたマナー。胚性細胞は0.25mg / mLの濃度でより敏感に見えましたが、腫瘍細胞は1 mg / mLを超えています。 PEIと比較して、PEG-PCCLは、特に高濃度、つまり0.75および1 mg / mL( P )で、細胞毒性が低くなりました。 =0.023)。 LDHアッセイは、胚細胞と腫瘍細胞の両方の死亡率が曝露時間とともに増加することを示しました。 (i)0.5 mg / mL PEG-PCCL(図3c)では、PEIよりも24時間と48時間でそれぞれ19%と42%低かった。 (ii)腫瘍細胞は、PEI( P )と比較して、細胞がPEG-PCCLに曝露された48時間の時点で、わずかに低い死亡率(32%)を示しました。 =0.037)(図3d)。

PEIと比較したPEG-PCCLの細胞毒性。 a b MTTアッセイでは、陰性対照群(PEI)と比較して、293TおよびHepG2濃度の生存率が依存的に示されました。 c d 48時間後にPEG-PCCLおよびPEIに曝露した293TおよびHepG2のLDHリークアッセイ。 * P <0.05対PEIグループ

SEM

無傷のHep-G2細胞とPEG-PCCLナノ粒子で処理された細胞の電子顕微鏡画像を図4に示しました。無傷のHep-G2細胞では、各表面に豊富な微小絨毛(Mv)があり、核(N)は頂端部よりも基部に向かって位置しています。多数のミトコンドリア(Mt)、ゴルジ複合体(Go)、および粗面小胞体(RER)が細胞質に分布していた。 PEG-PCCL処理細胞では、飲作用小胞が確実に増加しました。有意な組織病理学的変化は観察されず、Mt、RER、およびGoを含むラウンドNおよび細胞質オルガネラは無傷でした。

電子顕微鏡写真。 a b 正常なHepG2細胞。 c d SEM(走査型電子顕微鏡)を介してPEG-PCCLナノ粒子で処理された細胞。暗い矢印は飲作用小胞を指しています

アポトーシス

細胞生存率の大幅な低下は、粒子サイズ、表面化学、および濃度の特性と相関している可能性があり[28]、HepG2細胞で観察された細胞死の根底にあるメカニズムへの関心を促しました。細胞死がアポトーシスまたは壊死に起因するかどうかを判断するために、HepG2細胞をPEIまたはPEG-PCCLで処理してアネキシンVとPIを共染色しました。蛍光顕微鏡で観察したところ(図5)、PEIまたはPEG-PCCLのいずれかで処理した細胞は、アネキシンVで染色された緑色の蛍光によって示されるように、ブランクのコントロールグループと比較して早いアポトーシスを示しました。PEI処理した細胞は、それらよりも強力なアポトーシスを示しました。 MTTアッセイの以前の結果と一致していたPEG-PCCLの。

FITC-アネキシンV染色は細胞アポトーシスを表しています。 0.5 mg / mLの濃度のナノ粒子と48時間インキュベートした後、ヨウ化プロピジウム(赤)とアネキシンV(緑)で共染色したHepG2細胞を×40

で画像化しました。

生体適合性

溶血

生体適合性ナノ粒子は血管内アプリケーションを目的として設計されているため、血液適合性と内皮細胞毒性の調査が必要です。 In vitro試験では、3時間の観察中に溶血が時間とともに増加し、PEG-PCCLは通常の生理食塩水よりも低い溶血率を示しました(図6a)。インビボ試験は同様の傾向を明らかにした。対照的に、PEIはinvitroとinvivoの両方で重度の溶血を引き起こしました(図6b)。

溶血率と細胞数(×10 9 / L)3時間での血液サンプル。インビトロ( a )in vivo( b )* P <0.05対陰性対照群

うさぎ静脈炎

組織病理学的検査(図7)は、耳介軟骨に慢性細胞壊死がない無傷の血管内皮を示しました。静脈近位部の浮腫はほとんど観察されなかった。静脈内皮細胞の喪失と炎症性細胞浸潤に関しては、12時間後と24時間後にPEG-PCCLで治療したグループの同時注入(表1)が増加する傾向がありましたが、改善は統計的に有意ではありませんでした( P > 0.05)。

H&Eで染色された24時間の注入後の耳の静脈の顕微鏡写真。 a b 通常の生理食塩水を注入したグループ。 c d PEG-PCCLの注入のグループ。針は耳介軟骨を表しています。 (左の画像×10、右の画像×40)

<図>

臓器毒性

主要臓器におけるPEG-PCCLの急性毒性を評価するために、マウスに0.5 mg / mLのPEG-PCCLを3日間静脈内投与した後、肺、肝臓、腎臓の組織病理学的検査を実施しました( n > =5)。通常の生理食塩水とPEIをコントロールとして使用しました。その結果、PEIはわずかな炎症と小葉間質の厚さ、および肝細胞の核濃縮を引き起こしたことが示されました(図8)。ただし、通常の生理食塩水群と比較して、PEG-PCCL治療群では、検査したすべての臓器で明らかな組織病理学的変化は観察されませんでした(図7)。肝腎機能は、その非毒性をさらに確認するために調べられました(表2)。

肺、肝臓、腎臓のH&E染色光学顕微鏡画像。画像は、NS、PEI、およびPEG-PCCLを静脈内投与したマウスから収集されます。針は肝細胞の核濃縮を表しています。 (左の列の画像×10;右の列の画像×40)

<図>

薬物動態研究

タキソール®の10mg / kgPTXまたは20mg / kg PEG-PCCL / PTX(PP + PTX)(50%負荷率)の静脈内注射後に薬物動態研究を実施しました。血漿中濃度(Cmax)のピークは312±2.59μg/ mL(PTX)および283±2.79μg/ Ml(PP + PTX)でした。最大濃度の時間(Tmax)および血漿濃度-時間曲線下の面積は、PTXおよびPTX-NPで0.54±0.20 h、52.00±4.30μgh/ mLおよび4±1.22h、282.21±21.08μgh/ mLでした。 、 それぞれ。血中濃度-時間曲線を図9に示しました。

血中濃度-時間曲線。 PTXまたはPP + PTXを静脈内投与した後のマウス。 ( n =6)

担癌マウスに対するPEG-PCCL / PTXの効果

インビボでのPEG-PCCL / PTXの抗腫瘍効果を調査するために、(i)H22担癌マウスの腹部周囲長(IPAP)の増加率を毎日計算しました(図10a)。 3日目に腹水が形成され始め、各群のIPAPが劇的に上昇し、NS群と比較して、PP / PTX群およびPTX群は、時間とともにゆっくりとした増加を示した。 (ii)10日目に腹水を採取し、その量を測定しました(図10b)。 NS群と比較して、PTX群とPP / PTX群の両方の腹水の量が大幅に減少しました( P =0.0005および P =0.0052)、ここでPP / PTXグループはPTXグループよりも少ないボリュームを示しました( P =0.0138)。 (iii)各グループの生存率は0日目から20日間観察されました。PP/ PTXグループとPTXグループは、NSグループよりも寿命が長く生存率が高かった。

H22担癌マウスにおけるPP / PTXの抗腫瘍効果。 a Balb / Cマウス( n =5)3日目にPP / PTXまたはPTXを腹腔内注射しました。 b 各グループの腹水( n =5)は10日目に収集されました。 c 各グループの生存( n =10)が毎日観察されました。 * P <0.05、** P <0.01、*** P <0.001

ディスカッション

PEIを含む多くのポリマーは、適切な結合のための化学薬品および生物医薬品の担体であることが示唆されています。 PEIは広く研究されているカチオン性ポリマーであり、トランスフェクション効率に関するアッセイのゴールドスタンダードと見なされています[29]。しかしながら、副作用(例えば、細胞毒性)は、PEIが医療用途に適用されることを妨げる。より安全で効果的なナノベースの材料を探すために、私たちはドラッグデリバリーの新しい候補を首尾よく準備しました。 PEG-PCCLは、水素結合の効果により、高い親水性と良好な安定性が特徴です。この研究の主な目的は、PEG-PCCLのinvivoおよびinvitro毒性を評価することでした。これにより、癌治療の潜在的な治療ウィンドウが開かれます。

強化された透過性と保持効果は腫瘍選択的送達メカニズムと考えられているため、ナノサイズの薬剤はかなりの注目を集めてきました[30、31]。直径が小さいナノ粒子は、免疫適合性が高く[32]、肝臓への取り込みが少なく、血液循環時間が長く、生物学的利用能が高い[33]。当社のダイポリマーは、浸透するのに適切なサイズ(97±2.6 nm)です(図2)。腫瘍血管から出て、宿主の免疫系を回避しますが、ゼータ電位が正のカチオン性ポリマーは毒性があると報告されています[34]。ゼータ電位が負のPEG-PCCLのこの毒性は、理想的には回避されるはずでした。実際、本研究の毒性評価では、PEG-PCCLによる毒性の懸念はほとんどありませんでした。同様の結果が他のラボでも報告されています[35,36,37]。

インビトロ実験は、PEG-PCCLの毒性のない特性を明らかにした。 SEMで観察されたように(図4)、(i)暗い矢印で認識された飲作用小胞は、責任のあるエンドサイトーシスを示しました[38]。 (ii)完全な核および無傷の細胞小器官(Mt、RER、およびGo)は、細胞レベルでPEG-PCCLの細胞毒性がほとんどなく、生体適合性が良好でした。 MTTアッセイとLDHリークアッセイ(図3)では、PEIとPEG-PCCLは、293 T細胞とHepG2細胞の両方で、用量および時間依存的に細胞生存率の同様の傾向をもたらしましたが、PEG-PCCLはより低い値を示しました特に高濃度での細胞毒性( P <0.05)。これらの結果は、カルボキシルの共有結合が余分な毒性を増加させないことを示唆した。インビトロ溶血は、NP血液適合性を評価するための有用で信頼できる方法として広く受け入れられています。 in vitro溶血試験では、PEG-PCCLは通常の生理食塩水よりも低い溶血率を示しました(図6a)。これは、血球を保護するPEG-PCCLの負の可能性が原因である可能性があります。インビボ溶血試験は、同様の傾向を明らかにした。対照的に、PEIは重度の溶血を示しました。まとめると、PEG-PCCLナノ粒子は、invitroモデルでもinvivoモデルでも溶血効果を示さなかったため、血液適合性があります(図6b)。

PEG-PCCLの無害な性質は、invivo実験によってさらに証明されました。静脈内投与された抗腫瘍剤によって誘発される静脈炎[24]は臨床診療で頻繁に見られるため、PEG-PCCL注射後の炎症反応をテストしました。ウサギ静脈炎の研究(図7)では、炎症性浸潤や組織浮腫はほとんど観察されませんでした。これは、PEG-PCCLによって捕捉された化学療法薬の新しい製剤が生体適合性であり、PEG-PCCLの同時注入が好ましい候補であることを示しています。静脈内薬物送達剤として。一方、H&E染色アッセイ(図8)では、正常群と比較して、PEG-PCCLナノ粒子治療群では臓器の明らかな組織病理学的変化は観察されませんでした。安全性評価のためにさらなる肝腎機能が調査され(表2)、通常の生理食塩水群とPEG-PCCL群の間に有意差は示されませんでした。したがって、PEG-PCCLは一種の安全で毒性のないナノ粒子であり、標的介入に適用される可能性があることは明らかです。

さらに、薬物動態および抗腫瘍に関する薬物負荷効果の予備評価を、H22担癌マウスで実施した。薬物動態研究(図9)では、PP + PTXのTmaxは4±1.22hであり、PTXのTmax(0.54±0.20 h)よりも優れた持続性を示しました。 PP + PTXはまた、PTXよりも血漿濃度-時間曲線の下でより大きな面積を示しました。これらの結果は、PEG-PCCL / PTXが血中でPTX単独よりも長く持続することを示しており、これはPEG-PCCL / PTXのより高い安定性とより遅延した放出を示しています。ただし、PEG-PCCLのEE%は不十分であり(55.98%)、持続的な薬物放出は理想的ではありませんでした(4±1.22時間)。したがって、より高いEEとより長い薬物放出を達成するためにナノ粒子を修飾するには、より多くの研究が必要です。たとえば、PEGとPCCLの比率を調整することを検討できます[39]。私たちのモデルでは腹部臓器に転移は見られませんでしたが、PTX-NPの組織分布と濃度は、起こりうる副作用を見つけるためにさらなる研究で調査する必要があります。さらに、PEG-PCCLとPTXの組み合わせにより、平均余命が改善され、腫瘍腹水形成が減少しました(図10)。特に、PTXにPEG-PCCLをロードすると、抗腫瘍効果が増強され、有望な薬物担体の可能性が示唆されました。その上、ナノ粒子は抗腫瘍薬耐性に立ち向かうのに有益かもしれません。葉酸による修飾[40]は、TLR4による化学療法抵抗性を克服することが報告されており、抗腫瘍剤の同時カプセル化[41]は有望な選択肢となる可能性があります。追加のFe 3 によって修飾されたナノ粒子 O 4 [42]は、印加された磁場の下でその標的に容易に誘導される可能性があり、それにより化学療法薬によって誘発される全身毒性が低下する[43]。

結論

PEG-PCCLナノスフェアは、治療濃度で成熟医療用ナノ粒子(PEI)よりも細胞毒性が低く、生体適合性が優れています。 PEG-PCCLをロードしたPTXは、腫瘍マウスでより高い安定性とより遅い放出を示しました。これらの結果は、PEG-PCCLが疎水性薬物の生体適合性薬物ビヒクルの潜在的な候補であることを示唆しています。


ナノマテリアル

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