Drug delivery med self-assembled nanopartikler Primær artikel: N-acetyl histidine-conjugated glycol chitosan self-assembled nanoparticles for intracytoplasmic delivery of drugs: Endocytosis, exocytosis and drug release Ji Sun Park, Tae Hee Han, Kuen Yong Lee, Sung Soo Han, Jung Jin Hwang, Dae Hyuk Moon, Sang Yoon Kim, Yong Woo Cho Morten Kjærgaard Kasper Kistrup Niels Højsgaard Jørgensen Nano-Science Center Københavns Universitet, Januar 2007

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Oversigt Introduktion Nanopartikler Self assembling Analyseværktøjer Data Drug delivery Analyseværktøjer Data Konklusion

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Introduktion Nanopartikler som moderne medicinalværktøj Applikationer Drug delivery Cell targeting Gene transfection Labeling Vores underområde: Drug delivery Medikament introduktion i cellen vha. controlled release Denne metode udnytter en egenskab forbundet med endocytose Nanopartikler optages i celler og frigiver medikamentet, som følge deraf

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Nanopartiklers design Nanopartikler lavet af polymerer Interresante molekyler til polymerer (A) Chitin – naturlig fremkommende polymerer (B) Chitosan – hydrofobt in vivo (C) Glycol Chitosan – hydrofilt in vivo (D) N-Acetyl Histidin – protoniseres omkring pH 6,0 Farvestoffet fluorescein isothiocyanate, FITC Histidins imidazol gruppe

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Nanopartiklers design Ved pH 7 Nanopartikler bestående af amfifile polymerer Hydrofobe medikamenter loades i det hydrofobe indre DiI – farvestof Pacilitaxel (PTX) – cellearrest i G2 Ved pH 6 Nanopartikler brydes op

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Analyseværktøjer til nanopartikler Dynamic Light Scattering kan bestemme størrelse af molekyler ved hjælp af diffusionskoefficienten for molekylerne. 1 H-NMR Spektroskopi Bestemmelse af struktur gennem hydrogenatomers bindingsmønster UV-Vis Spektroskopi Muligt at bestemme koncentrationer af molekyler i en opløsning. Herudfra kan man beregne mængder. Ud fra diffusionskoefficienten kan diameteren udregnes med Stokes-Einstein relationen

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Data om nanopartikler Histogram over nanopartikel størrelser bestemt ved DLS Mængde af histidin og FITC i nanopartikler bestemt ved henholdsvis 1 H-NMR og UV-Vis

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Endocytose Generelt om celleoptagsmetoder Diffusion, aktiv/passiv transport og endocytose. Endocytose Hvilker typer endocytose Pinocytose: Optagelse af væsker. Phagocytose: Optagelse af større molekyler (inklusiv andre celler) Receptormedieret: Receptorer udvælger bestemte molekyler Bliver optaget i et endosom Endosom pH 6.0

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Controlled release Drug release Optagelse i celle ved receptormedieret endocytose pH fald fra 7 til ca. 6 Konformationsændring i nanopartikler, som følge af overgang fra hydrofob til hydrofil Destabilisering af endosommembran Mangel på destabilisering medfører nedbrydning i lysosom

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Analyseværktøjer til drug delivery Flow cytometri Kan bestemme indholdet af celler ved hjælp af laser Konfokal mikroskopi Kan tage skarpe billeder af emner med fluorescerende stoffer i celler 2 typer målinger Mængde af farvestof i celler Fordeling af celler i cellecyklus

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Resultater af drugloading Endocytose er afhængig af koncentration Exocytose er afhængig af inkubationstid Endocytose er næsten uafhængig af inkubationstid

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Resultater af drugloading Mængde af drugs i celler er afhængig af inkubationstid Konfokal mikroskopi billeder af nanopartikler og DiI fordelt i celler

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Resultater af drugloading Flow cytometri billeder af cellearrest som følge PTX-optag Mængden af celler i G2-fase er stiger med tiden, men har inkubationstiden indflydelse her?

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Opsamling Forfatternes forslag til drug delivery processen FordeleUlemper Endosom destabilizationBegrænset til hydrofobe medikamenter BionedbrydeligtIngen targeting Self assemblingKræver inkubationstid

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Konklusion Alt i alt et vellykket eksperiment Troværdige, men forventede data Perspektiver Hvad er næste skridt? Cell targeting Introduktionsmetoder Økonomiske aspekter Det der nano kan måske bruges til noget

Drug delivery med self-assembled nanopartikler

Analyseværktøjer For at bestemme størrelser af nanopartikler benyttes 3 redskaber: Dynamic Light Scattering, 1H-NMR Spektroskopi og UV-Vis Spektroskopi Dynamic Light Scattering: kan bestemme størrelse af molekyler ved hjælp af diffusionskoefficienten for molekylerne. Ved hjælp af en opstilling som denne er det muligt at bestemme diffusionskoefficienten D. Stokes-Einstein ligningen giver en sammenhæng mellem diffusionskoefficient, en væskes viskositet og radiusen af molekyler i suspension:

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Analyseværktøjer til drugloading Konfokal mikroskopi Kan tage skarpe billeder af emner med fluorescerende stoffer i celler Udnytter brændpunkt til at tage skarpe billeder, hvor almindelig mikroskopi giver uskarpe billeder Brændpunktet rykkes henover prøven, og en computer optager intensiteten i hvert punkt

Drug delivery med self-assembled nanopartikler Analyseværktøjer til drugloading Flow cytometri Kan bestemme indholdet af celler ved hjælp af laser Enkelt-celle-stråle dannes ved trykforskel mellem opløsning og kappevæse En laser rammer en celle og foresager Fluorosens, hvis der er farvestof tilstede Light scattering Signal omarbejdes til relativ intensitet vs. count