ドキソルビシンの制御されたカプセル化と放出のためのカルボキシル酸ピラー5アレーンとのホスト-ゲスト相互作用による調整可能なナノゲル

Tunable nanogels by host-guest interaction with carboxylate pillar[5]arene for controlled encapsulation and release of doxorubicin.

• Peng Wei
• Gauri Gangapurwala
• David Pretzel
• Limin Wang
• Stephanie Schubert
• Johannes C Brendel
• Ulrich S Schubert

抄録

ナノゲルは、デリバリーベクターとして、あるいはナノ医療における治療法として、最も魅力的なシステムの一つとなっているが、その主な理由は、沈殿重合による合成の容易さにある。しかし、これまでにいくつかの適切なモノマーのみが報告されており、ナノゲルの安定化は、ほとんどの場合、アクリル酸のような電荷を帯びたコモノマーをかなり定義された量で組み込む必要があり、その設計の柔軟性が制限されています。ここでは、ピリジニウムベースのモノマーを用いた代替的なアプローチを提案する。これは正電荷による安定性を提供するだけでなく、ホスト-ゲスト複合体の形成による機能性カルボキシレート-ピラー[5]アレーンの付着を可能にする。このアプローチは、酸性条件下で加水分解されるアセタール基を特徴とするモノマーN-[(2,2-ジメチル-1,3-ジオキソラン)メチル]アクリルアミド(DMDOMA)をベースにしたpH感受性ナノゲル上で試験されている。カルボン酸塩がこの加水分解を触媒することが知られているので、我々は、アセタール基の加水分解速度を調整するために、異なる量のカルボン酸ピラー[5]アレーンを試験し、直接の相関関係を発見した。ドキソルビシン（DOX）を用いた追加のカプセル化研究では、表面電位と電荷密度が、ナノゲルの負荷容量だけでなく、放出プロファイルのための追加の重要な要因であることが明らかになった。この場合、カルボキシル酸ピラー[5]アレーンという共同因子を加えるだけで、このような特性を調整するオプションは、薬物送達や他のアプリケーションのための機能性ナノゲルの特性を最適化するための強力なツールを提供しています。

Nanogels have become one of the most attractive systems for application as delivery vectors or for theragnostic approaches in nanomedicine, which is mainly related to the ease of their synthesis by precipitation polymerization. However, only a few suitable monomers have been reported so far and stabilization of the nanogels requires the incorporation of rather defined amounts of in most cases charged co-monomers, such as acrylic acid, which limits the flexibility in their design. Here, we present an alternative approach using a pyridinium based monomer, which not only provides stability due to the positive charge, but also allows the attachment of functional carboxylate-pillar[5]arene by the formation of a host-guest complex. This approach is tested on pH-sensitive nanogels based on the monomer N-[(2,2-dimethyl-1,3-dioxolane)methyl]acrylamide (DMDOMA) featuring an acetal group, which is hydrolysed under acidic conditions. As carboxylates are known to catalyze this hydrolysis, we tested different amounts of carboxylate-pillar[5]arenes to tune the hydrolysis rate of the acetal group and found a direct correlation. Additional encapsulation studies with doxorubicin (DOX) revealed that surface potential and charge density represent additional key factors not only for the loading capacity, but also for the release profile of the nanogels. The option to tune such properties simply by the addition of a co-factor, in this case, the carboxylate-pillar[5]arenes provides a powerful tool to optimize characteristics of functional nanogels for drug delivery or other applications.