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Magnetic core-shell nanoparticles for drug delivery by nebulization.

Published date 2013 Jan 23

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Magnetic core-shell nanoparticles for drug delivery by nebulization.

噴霧療法によるドラッグデリバリーのための磁気コア-シェル・ナノ粒子。

Published date

2013-01-23

Author

Navin Kumar Verma, Kieran Crosbie-Staunton, Amro Satti, Shane Gallagher, Katie B Ryan, Timothy Doody, Colm McAtamney, Ronan MacLoughlin, Paul Galvin, Conor S Burke, Yuri Volkov, Yurii K Gun'ko

Affiliation

Department of Clinical Medicine, Institute of Molecular Medicine, Trinity College Dublin, Dublin, Ireland. verman@tcd.ie

Abstract

BACKGROUND: Aerosolized therapeutics hold great potential for effective treatment of various diseases including lung cancer. In this context, there is an urgent need to develop novel nanocarriers suitable for drug delivery by nebulization. To address this need, we synthesized and characterized a biocompatible drug delivery vehicle following surface coating of Fe3O4 magnetic nanoparticles (MNPs) with a polymer poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA). The polymeric shell of these engineered nanoparticles was loaded with a potential anti-cancer drug quercetin and their suitability for targeting lung cancer cells via nebulization was evaluated.

 

RESULTS: Average particle size of the developed MNPs and PLGA-MNPs as measured by electron microscopy was 9.6 and 53.2 nm, whereas their hydrodynamic swelling as determined using dynamic light scattering was 54.3 nm and 293.4 nm respectively. Utilizing a series of standardized biological tests incorporating a cell-based automated image acquisition and analysis procedure in combination with real-time impedance sensing, we confirmed that the developed MNP-based nanocarrier system was biocompatible, as no cytotoxicity was observed when up to 100 μg/ml PLGA-MNP was applied to the cultured human lung epithelial cells. Moreover, the PLGA-MNP preparation was well-tolerated in vivo in mice when applied intranasally as measured by glutathione and IL-6 secretion assays after 1, 4, or 7 days post-treatment. To imitate aerosol formation for drug delivery to the lungs, we applied quercitin loaded PLGA-MNPs to the human lung carcinoma cell line A549 following a single round of nebulization. The drug-loaded PLGA-MNPs significantly reduced the number of viable A549 cells, which was comparable when applied either by nebulization or by direct pipetting.

 

CONCLUSION: We have developed a magnetic core-shell nanoparticle-based nanocarrier system and evaluated the feasibility of its drug delivery capability via aerosol administration. This study has implications for targeted delivery of therapeutics and poorly soluble medicinal compounds via inhalation route.

 

背景エアロゾル化した薬物療法学は、肺癌を含むさまざまな疾患の有効な治療への大きな可能性を保持する。
この文脈において、噴霧療法によってドラッグデリバリーにふさわしい新しいナノキャリアを開発する切迫した必要が、ある。
この必要に対処するために、我々はポリマー・ポリエステル繊維(乳-共同-グリコール酸)(PLGA)で、Fe3O4磁気ナノ粒子(MNP)の表面コーティング後に、生物学的適合性のドラッグデリバリー媒体を合成して、特徴づけた。
これらの設計されたナノ粒子の重合シェルは潜在的抗癌剤クエルセチンを載せられた、そして、噴霧療法を経たターゲッティング肺癌細胞に対するそれらの適合性は評価された。


結果電子顕微鏡法で測定される発達したMNPとPLGA-MNPの平均粒径は9.6と53.2ナノメートルであったが、動的な光散乱を使用して決定されるそれらの流体力学腫脹はそれぞれ54.3ナノメートルと293.4ナノメートルであった。
リアルタイム・インピーダンス検知と結合して細胞ベースのオートメーション化した像感染と分析処置を組み込んでいる一連の標準化された生物学的試験を利用して、最高100μグラム/ミリリットルのPLGA-MNPが培養ヒトの肺上皮細胞に適用されたとき細胞毒性が観察されなかったので、我々は開発されたMNPベースのナノキャリア・システムが生物学的適合性であることを確認した。
さらに、1、4または7日の治療後処置の後グルタチオンとIL-6分泌分析で測定されるように鼻腔内に塗ったとき、PLGA-MNP準備はマウスで生体内で忍容性が高かった。
肺にドラッグデリバリーのためにエアゾール構造を模倣するために、我々は噴霧療法の単一回後に、quercitinロードしたPLGA-MNPをヒト肺癌細胞系A549に適用した。
薬ロードしたPLGA-MNPは生き残れるA549細胞の数を有意に減らした。
そして、噴霧療法によって、または、直接の分注によって適用されるとき、それは相当した。


結論我々は磁気コア-シェル・ナノ粒子ベースのナノキャリア・システムを開発して、エアゾール投与を経てそのドラッグデリバリー能力の実現可能性を評価した。
本研究は、治療学と十分に可溶性でない医薬の合成物の目標とされた配送に対する意味を吸入ルートを経て持つ。


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