Preparation of drug loaded albumin nanoparticles in water / ionic liquids microemulsion systems

Abstract

Nanoparticles (NPs) have been used in various applications such as biotechnology, nanomedicine, and drug delivery systems. Many nanoparticle drug delivery systems have been promoted for cancer treatment, and numerous materials have been investigated to use as drug delivery agents to enhance the therapeutic efficiency and safety of anticancer drugs. Albumin is a natural biopolymer and the most abundant protein in blood plasma. Due to its versatile binding capacity of widespread therapeutical drugs, albumin becomes an ideal material to obtain nanoparticles. In this study, the ionic liquid (IL) based emulsification methods were investigated. Instead of classical toxic and volatile solvents, using ILs in microemulsions, environment-friendly media were received to synthesize bovine serum albumin (BSA) NPs. In order to obtain BSA NPs, high-speed homogenizer processing was applied by following crosslinker addition. The IL microemulsions are a thermodynamically stable colloidal dispersion containing spherical droplets (W/IL or IL/W) in submicron sizes that act as nanoreactors for NP formation. Chlorambucil (CHL) was used as a model drug to investigate drug loading and releasing kinetics of BSA NPs as a drug delivery candidate. Results showed that chlorambucil loading capacities and release kinetics depended on the synthesized medium such as anion-type of ILs and surfactants. CHL loaded to the BSA NPs synthesized in hydrophilic IL BmimBF4 in relatively higher amounts and released in the same trend. In addition, the cell viability effect of CHL-loaded BSA NPs synthesized in different types of ILs were investigated. The CHL-loaded BSA NPs synthesized in BmimOTf and BmimPF6 reduced the cancer cell viability more than the used same dose of free CHL.

Nanoparçacıklar (NPs), biyoteknoloji, nanotıp ve ilaç taşıyıcı sistemler gibi çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin, kanser tedavisi için çeşitli nanoparçacık ilaç taşıma sistemleri geliştirilmiş ve antikanser ilaçların terapötik verimliliği ve güvenli uygulamalarını artırmak için ilaç taşıma ajanları olarak kullanmak üzere çok sayıda malzeme araştırılmıştır. Protein albümin, kan plazmasındaki en bol bulunan proteindir. Yaygın terapötik ilaçlara çok yönlü bağlanabilme kapasitesinden dolayı albumin nanoparçacık üretmek için ideal bir malzemedir. Bu çalışmada iyonik sıvı (IL) bazlı emülsifikasyon yöntemleri araştırılmıştır. Bovine serum albumin (BSA) NP'larını sentezlemek için klasik olarak kullanılan toksik ve uçucu çözücüler yerine, mikroemülsiyonlarda IL'lerin kullanıldığı çevre dostu bir mediyum kullanılmıştır. BSA NP'leri elde etmek için yüksek hızlı homojenizatör ile birlikte çapraz-bağlayıcı ilave edilmiştir. IL mikroemülsiyonları, NP oluşumu için nanoreaktörler olarak işlev gören mikron altı boyutlarda küresel damlacıklar (W/IL veya IL/W) içeren termodinamik olarak kararlı kolloidal bir yapıdır. Klorambusil (CHL), BSA NP'ların ilaç taşıma adayı olara, ilaç yüklenme ve salınım kinetiğini araştırmak için model ilaç olarak kullanılmıştır. Sonuçlar, klorambusil yüklenme kapasitelerinin ve salınım kinetiğinin, sentezlendiği ortamdaki IL'in anyon tipine ve yüzey aktif maddeye bağlı olduğunu göstermiştir. CHL, hidrofilik IL, BmimBF4'te sentezlenen BSA NP'larına nispeten daha yüksek miktarlarda yüklenmiş ve aynı eğilimde salınım gerekleştirmiştir. Ek olarak, farklı tip IL'lerde sentezlenen CHL yüklü BSA NP'larının hücre canlılığına olan etkileri araştırılmış ve BmimOTf ve BmimPF6'da sentezlenen BSA NP'ları, aynı doz kullanılan serbest CHL'ya karşı kanser hücrelerinin canlılığını daha fazla düşürmüştür.