Effect of stabilizer concentration on parameters of poly(D,L-lactide-co-glycolide) nanoparticles produced by nanoprecipitation

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Effect of the poly(vinyl alcohol) (PVA) concentration on the parameters of nanoparticles based on biodegradable poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) copolymers prepared by nanoprecipitation was studied. It was observed that the value of hydrodynamic diameter of the PLGA particles remained unchanged and was about ~ 130–140 nm with varying of the PVA concentration from 2.5 to 15 mg/mL (the organic phase concentration was 5 mg/mL). Both the polydispersity index and electrokinetic potential (absolute values) have tend to decrease with an increase in the PVA concentration. It was found that loading content of hydrophobic model drug docetaxel in the PLGA particles as well as its in vitro cytotoxic activity against mice colorectal carcinoma CT26 and human lung fibroblast WI-38 cell lines are slightly affected be the PVA concentration. However, the PLGA particles produced with high PVA concentration are easily re-dispersed to initial size after their lyophilization both with and without cryo-protectant.

Full Text

Restricted Access

About the authors

E. V. Kuznetsova

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Author for correspondence.
Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128

A. E. Tyurnina

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128

E. A. Konshina

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128; Институтский пер., 9, Долгопрудный, 141701

A. A. Atamanova

Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, ул. Профсоюзная, 70, 117393

K. T. Kalinin

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128; ул. Профсоюзная, 70, 117393

S. V. Aleshin

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128

V. G. Shuvatova

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128

G. A. Posypanova

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128

S. N. Chvalun

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН

Email: kuznetsova.kate992@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123128; ул. Профсоюзная, 70, 117393

References

  1. Li W., Huberman-Shlaesand J., Tian B. Perspectives on multiscale colloid-based materials for biomedical applications // Langmuir. 2023. V. 39. № 39. P. 13759–13769. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c01274
  2. Efimova A.A., Sybachin A.V. Stimuli-responsive drug delivery systems based on bilayer lipid vesicles: new trends // Colloid Journal. 2023. V. 85. P. 687–702. https://doi.org/10.1134/S1061933X23600690
  3. Mishchenko E.V., Gileva A.M., Markvicheva E.A., Koroleva M.Yu. Nanoemulsions and solid lipid nanoparticles with encapsulated doxorubicin and thymoquinone // Colloid Journal. 2023. V. 85. P. 736–745. https://doi.org/10.1134/S1061933X23600707
  4. Fomina Yu.S., Semkina A.S., Zagoskin Yu.D. et al. Biocompatible hydrogels based on biodegradable polyesters and their copolymers // Colloid Journal. 2023. V. 85. P. 795–816. https://doi.org/10.1134/S1061933X23600756
  5. Sedush N.G., Kadina Y.A., Razuvaeva E.V. et al. Nanoformulations of drugs based on biodegradable lactide copolymers with various molecular structures and architectures // Nanotechnol. Russ. 2021. V. 16. P. 421–438.https://doi.org/10.1134/S2635167621040121
  6. Merkulova M.A., Osipova N.S., Kalistratova A.V. et al. Etoposide-loaded colloidal delivery systems based on biodegradable polymeric carriers // Colloid Journal. 2023. V. 85. P. 712–735. https://doi.org/10.1134/S1061933X23600744
  7. da Silva Feltrin F., D´Angelo N.A., de Oliveira Guarnieri J.P. et al. Selection and control of process conditions enable the preparation of curcumin-loaded poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles of superior performance // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2023. V. 15. № 22. P. 26496–26509. https://doi.org/10.1021/acsami.3c05560
  8. Gahtani R.M., Alqahtani A., Alqahtani T. et al. 5-Fluorouracil-loaded PLGA nanoparticles: formulation, physicochemical characterisation, and in vitro anti-cancer activity // Bioinorg. Chem. Appl. 2023. V. 2023. P. 1. https://doi.org/10.1155/2023/2334675
  9. Razuvaeva E.V., Kalinin K.T., Sedush N.G. et al. Structure and cytotoxicity of biodegradable poly(d,l-lactide-co-glycolide) nanoparticles loaded with oxaliplatin // Mendeleev Commun. 2021. V. 31. № 4. P. 512–514. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2021.07.025
  10. Li M., Tang H., Xiong Y. et al. Pluronic F127 coating performance on PLGA nanoparticles: enhanced flocculation and instability // Colloids Surf. B. 2023. V. 226. P. 113328. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2023.113328
  11. Galindo-Camacho R.M., Haro I., Gómara M.J. et al. Cell penetrating peptides-functionalized licochalcone-A-loaded PLGA nanoparticles for ocular inflammatory diseases: evaluation of in vitro anti-proliferative effects, stabilization by freeze-drying and characterization of an in-situ forming gel // Int. J. Pharm. 2023. V. 639. P. 122982. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2023.122982
  12. Hernández-Giottonini K.Y., Rodríguez-Córdova R.J., Gutiérrez-Valenzuela C.A. et al. PLGA nanoparticle preparations by emulsification and nanoprecipitation techniques: effects of formulation parameters // RSC Adv. 2020. V. 10. № 8 P. 4218–4231. https://doi.org/10.1039/C9RA10857B
  13. Azman K.A.K., Seong F.C., Singh G.K.S., Affandi M.M.R.M.M. Physicochemical characterization of astaxanthin-loaded PLGA formulation via nanoprecipitation technique // J. Appl. Pharm. Sci. 2021. V. 11. № 6. P. 056–061. https://doi.org/10.7324/JAPS.2021.110606
  14. Razuvaeva E.V., Sedush N.G., Shirokova E.M. et al. Effect of preparation conditions on the size of nanoparticles based on poly(D,L-lactide-co-glycolide) synthesized with bismuth subsalicylate // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2022. V. 648. P. 129198. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.129198
  15. Eslayed S.I., Girgis G.N.S., El-Dahan M.S. Formulation and evaluation of Pravastatin sodium-loaded PLGA nanoparticles: in vitro–in vivo studies assessment // Int. J. Nanomedicine. 2023. V. 18. P. 721–742. https://doi.org/10.2147/IJN.S394701
  16. Fabozzi A., Barretta M., Valente T., Borzacchiello A. Preparation and optimization of hyaluronic acid decorated irinotecan-loaded poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles by microfluidics for cancer therapy applications // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2023. V. 674. P. 131790. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2023.131790
  17. Varga N., Bélteki R., Juhász Á., Csapó E. Core-shell structured PLGA particles having highly controllable ketoprofen drug release // Pharmaceutics. 2023. V. 15. № 5. P. 1355. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics15051355
  18. Galindo R., Sánchez-López E., Gómara M.J. et al. Development of peptide targeted PLGA-PEGylated nanoparticles loading licochalcone-A for ocular inflammation // Pharmaceutics. 2022. V. 14. № 2. P. 285. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14020285
  19. Badri W., Miladi K., Nazari Q.A. et al. Effect of process and formulation parameters on polycaprolactone nanoparticles prepared by solvent displacement // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2017. V. 516. P. 238–244. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2016.12.029
  20. Sanchez-López E., Egea M.A., Cano A. et al. PEGylated PLGA nanospheres optimized by design of experiments for ocular administration of dexibuprofen – in vitro, ex vivo and in vivo characterization // Colloids Surf. B. 2016. V. 145. P. 241–250. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2016.04.054
  21. Shah U., Joshi G., Sawant K. Improvement in antihypertensive and antianginal effects of felodipine by enhanced absorption from PLGA nanoparticles optimized byfactorial design // Mater. Sci. Eng. C. 2014. V. 35. P. 153–163. https://doi.org/10.1016/j.msec.2013.10.038
  22. Kricheldorf H.R., Behnken G. Copolymerizations of glycolide and L‐lactide initiated with bismuth(III)n‐hexanoate or bismuth subsalicylate // J. Macromol. Sci. A. 2007. V. 44. № 8. P. 795–800. https://doi.org/10.1080/10601320701406997
  23. Mossman T. Rapid colorimetric assay for cellular growth and cytotoxicity assays // J. Immunol. Methods. 1983. V. 65. P. 55–63. https://doi.org/10.1016/0022-1759(83)90303-4
  24. Kiss É., Gyulai G., Pénzes Cs.B., Idei M. et al. Tunable surface modification of PLGA nanoparticles carrying new antitubercular drug candidate // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2014. V. 458. P. 178–186. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2014.05.048
  25. Albert C., Huang N., Tsapis N., Geiger S. et al. Bare and sterically stabilized PLGA nanoparticles for the stabilization of pickering emulsions // Langmuir. 2018. V. 34. № 46. P. 13935–13945. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b02558
  26. Fonseca С., Simões S., Gaspar R. Paclitaxel-loaded PLGA nanoparticles: preparation, physicochemical characterization and in vitro anti-tumoral activity // J. Control. Release. 2002. V. 83. № 2. P. 273–286. https://doi.org/10.1016/S0168-3659(02)00212-2
  27. Beck-Broichsitter M., Rytting E., Lebhardt T. et al. Preparation of nanoparticles by solvent displacement for drug delivery: A shift in the “ouzo region” upon drug loading // Eur. J. Pharm. Sci. 2010. V. 41. № 2. P. 244–253. https://doi.org/10.1016/j.ejps.2010.06.007
  28. Sahoo K., Panyam J., Prabha S., Labhasetwar V. Residual polyvinyl alcohol associated with poly(D,L-lactide-co-glycolide) nanoparticles affects their physical properties and cellular uptake // J. Control. Release. 2002. V. 82. P. 105–114. https://doi.org/10.1016/s0168-3659(02)00127-x
  29. Aubry J., Ganachaud F., Addad J.-P.C., Cabane B. Nanoprecipitation of polymethylmethacrylate by solvent shifting // Langmuir. 2009. V. 25. P. 1970–1979. https://doi.org/10.1021/la803000e
  30. Lepeltier E., Bourgaux C., Couvreur P. Nanoprecipitation and the “Ouzo effect”: application to drug delivery devices // Adv. Drug Deliv. Rev. 2014. V. 71. P. 86–97.https://doi.org/10.1016/j.addr.2013.12.009
  31. Cooper D.L., Harirforoosh S. Design and optimization of PLGA-based diclofenac loaded nanoparticles // PLOS One. 2014. V. 9. № 1. P. e87326. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0087326
  32. Menon J.U., Kona S., Wadajkar A.S., Desai F. et al. Effects of surfactants on the properties of PLGA nanoparticles. // J. Biomed. Mater. Res. Part A. 2012. V. 100A. P. 1998–2005. https://doi.org/10.1002/jbm.a.34040

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Dependences of the hydrodynamic diameter (Dh, nm) and polydispersity index (PI) of (a) PLGA-Sn and (b) PLGA-Bi nanoparticles on the concentration of the PVA stabilizer in the aqueous phase (PVS/water, mg/ml).

Download (207KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Dependences of the electrokinetic potential values ​​(ζ, mV) of PLGA nanoparticles on the concentration of the PVA stabilizer in the aqueous phase (PVS/water, mg/ml).

Download (106KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of the values ​​of the average hydrodynamic diameter (Dh, nm) (a, b), polydispersity index (PI) (c, d) and electrokinetic potential (ζ, mV) (d, e) of PLGA-Sn (left column) and PLGA-Bi (right column) nanoparticles on the concentration of the PVA stabilizer in the aqueous phase (PVS/water, mg/ml) immediately after production and after double purification.

Download (1MB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distributions of the light scattering intensity by the hydrodynamic diameters (Dh, nm) of DOC-loaded PLGA-Bi particles obtained at a concentration of the PVA stabilizer in the aqueous phase equal to (a) 1, (b) 5, (c) 10, and (d) 15 mg/ml: 1 – in the initial dispersion (before lyophilization), 2 – after lyophilization without a cryoprotector and subsequent redispersion in water, 3 – after lyophilization in the presence of the cryoprotector D(–)-mannitol and subsequent redispersion in water.

Download (968KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Cytotoxic effect on cell lines (a) CT26 and (b) WI-38 for: 1 – free DOC, 2 – DOC-containing PLGA-Bi nanoparticles obtained at SPVA/water = 1 mg/ml, 3 – DOC-containing PLGA-Bi nanoparticles obtained at SPVA/water = 5 mg/ml, 4 – DOC-containing PLGA-Bi nanoparticles obtained at SPVA/water = 10 mg/ml, 5 – DOC-containing PLGA-Bi nanoparticles obtained at SPVA/water = 15 mg/ml, 6 – unloaded PVA-stabilized PLGA-Bi nanoparticles (CPVA/water = 5 mg/ml), 7 – unloaded PLGA-Bi nanoparticles obtained without PVA.

Download (301KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».