Preparation and characterization of serum albumin nanoparticles obtained from modified bovine serum albumin

Abstract

The serum albumin has been used as a drug nanocarrier for a long time due to its rich drug transportation ability. Here, modified bovine serum albumin (BSA) proteins were obtained by conjugation with ethylenediamine and dopamine molecules, separately. Using these modified proteins, new BSA nanoparticles were obtained by a desolvation method. Native BSA has a net negative charge at the physiological condition. However, ethylenediamine conjugation yields a positive charge on it, and thus produces cationic BSA (cBSA) protein. On the other hand, dopamine functionalization (D-BSA) makes BSA eager to coordinate with transition metals. After preparation of modified proteins (cBSA and D-BSA), their nanoparticles were prepared with desolvation method but using different crosslinking mechanisms. For cBSA NPs preparation, a traditional crosslinking agent of glutaraldehyde was used. However, for D-BSA NPs preparation, Fe(III) ions were added to the system to achieve the stable nanoparticle formation. In order to obtain cBSA NPs, several organic solvents were used as desolvating agents. cBSA NPs with an average size around 200 nm were obtained in a high formation yield (54.8%) only through addition of acetonitrile to the cBSA aqueous solution. Similarly, different desolvating agents were studied to obtain D-BSA NPs. The promising results were obtained upon addition of 1:5 (v/v) of water/acetone mixture. After addition of the desolvating agent, Fe(III) ions were added to the solution to interconnect D-BSA with each other. This connection is pH sensitive therefore albumin nanoparticles were stable at basic pH values but not at acidic pH values. By this way, pH sensitive D-BSA NPs around 300 nm particle sizes were obtained.

Serum albüminin zengin ilaç taşıma yeteneğinden dolayı uzun süredir ilaç nanotaşıyıcısı olarak kullanılmaktadır. Burada, etilendiamin ve dopamin moleküllerinin ayrı ayrı bağlanması ile modifikasyona uğramış sığır serum albümin (BSA) proteinleri elde edilmiştir. Bu modifikasyona uğramış proteinler kullanılarak, yeni BSA nanoparçacıkları çözgenin uzaklaştırılması yöntemiyle üretilmiştir. Bu çalışmanın amacı, serum albümin proteinine etilendiamin ve dopamin molekülü bağlayarak farklı özellikler kazandırmak ve bu iki albümin proteininden nanoparçacıklar hazırlayarak nanotaşıyıcı malzeme üretmektir. BSA fizyolojik ortamda eksi yüzey yüküne sahiptir. katyonik sığır serum albümin (cBSA) için kullanılan etilendiamin molekülü, albümin yüzeyindeki karboksil grubuna sahip aminoasitlere bağlanarak protein yüzey yükünü artıya dönüştürmüştür. Dopamin bağlanmış sığır serum albümin (D-BSA) için kullanılan dopamin molekülünde bulunan amin grubu ile albümin yüzeyindeki karboksil grubu ile amid bağının kurulması gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, cBSA ve D-BSA elde edilmiştir. Modifikasyona uğramış bu proteinler çözgenin uzaklaştırılması yöntemi kullanılarak cBSA ve D-BSA nanoparçacıkları (cBSA NPs ve D-BSA NPs) fakat farklı çapraz bağlayıcı mekanizmaları uygulanarak hazırlanmıştır. cBSA NPs hazırlanırken geleneksel çapraz bağlayıcı olarak gluteraldehit kullanılırken, D-BSA NPs hazırlanırken ise Fe(III) iyonu sisteme eklenerek kararlı nanoparçacık oluşumu sağlanmıştır. Kullanılan organik çözgenin türüne göre farklı boyutlarda ve farklı verimlerde nanoparçacıklar elde edilmiştir. Elde edilen cBSA nanoparçacıkların verimi asetonitril kullanıldığı zaman %55 ve ortalama büyüklükleri ise 244 nm olmaktadır. Organik çözgen olarak 1:5 (v/v) su/aseton karışımı kullanıldıktan sonra, Fe(III) iyonu eklenmiştir ve pH'a duyarlı yaklaşık 300 nm boyutunda D-BSA nanoparçacıkları %45 verim ile elde edilmiştir. Bu bağlanma pH a duyarlıdır ve albümin nanoparçacıkları bazik pH değerlerinde kararlıdır.