Chemical synthesis and characterization of silver-protected vasoactive intestinal peptide nanoparticles.

Abstract

We characterized a method to conjugate functional silver nanoparticles with vasoactive intestinal peptide (VIP), which could be used as a working model for further tailor-made applications based on VIP surface functionality. Despite sustained interest in the therapeutic applications of VIP, and the fact that its drugability could be largely improved by the attachament to functionalized metal nanoparticles, no methods have been described so far to obtain them. VIP was conjugated to tiopronin-capped silver nanoparticles of a narrow size distribution, by means of proper linkers, to obtain VIP functionalized silver nanoparticles with two different VIP orientations (Ag-tiopronin-PEG-succinic-[His]VIP and Ag-tiopronin-PEG-VIP[His]). VIP intermediate nanoparticles were characterized by transmission-electron microscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. VIP functionalized silver nanoparticles cytotoxicity was determined by lactate dehydrogenase release from mixed glial cultures prepared from cerebral cortices of 1-3 days-old C57/Bl mice. Cells were used for lipopolysaccharide stimulation at day 18-22 of culture. Two different types of VIP-functionalized silver nanoparticles were obtained; both expose the C-terminal part of the neuropeptide, but in the first type VIP is attached to silver nanoparticle through its free amine terminus (Ag-tiopronin-PEG-succinic-[His]VIP), while in the second type, VIP N-terminus remains free (Ag-tiopronin-PEG-VIP[His]). VIP-functionalized silver nanoparticles did not compromise cellular viability and inhibited microglia-induced stimulation under inflammatory conditions. The chemical synthesis procedure developed to obtain VIP-functionalized silver nanoparticles rendered functional products, in terms of biological activity. The two alternative orientations designed, reduced the constraints for chemical synthesis that depends on the nanosurface to be functionalized. Our study provides, for the first time, a proof of principle to enhance the therapeutic potential of VIP with the valuable properties of metal nanoparticles for imaging, targeting and drug delivery.

Caracterizamos un método para conjugar nanopartículas de plata funcionales con el péptido intestinal vasoactivo (VIP), que podría emplearse como modelo de trabajo para futuras aplicaciones diseñadas a medida basadas en la funcionalidad superficial del VIP. A pesar del interés sostenido en las aplicaciones terapéuticas del VIP, y del hecho de que su “drugabilidad” podría mejorarse en gran medida mediante su unión a nanopartículas metálicas funcionalizadas, hasta ahora no se habían descrito métodos para obtenerlas.

El VIP se conjugó a nanopartículas de plata recubiertas con tiopronina y de distribución de tamaño estrecha, mediante enlazadores adecuados, para obtener nanopartículas de plata funcionalizadas con VIP en dos orientaciones diferentes del péptido (Ag-tiopronina-PEG-succínico-[His]VIP y Ag-tiopronina-PEG-VIP[His]). Las nanopartículas intermedias con VIP se caracterizaron mediante microscopía electrónica de transmisión y espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier. La citotoxicidad de las nanopartículas de plata funcionalizadas con VIP se determinó mediante la liberación de lactato deshidrogenasa en cultivos gliales mixtos preparados a partir de cortezas cerebrales de ratones C57/Bl de 1 a 3 días de edad. Las células se utilizaron para estimulación con lipopolisacárido entre los días 18 y 22 de cultivo.

Se obtuvieron dos tipos diferentes de nanopartículas de plata funcionalizadas con VIP; ambos exponen la parte C-terminal del neuropéptido, pero en el primer tipo el VIP está unido a la nanopartícula de plata a través de su extremo amino libre (Ag-tiopronina-PEG-succínico-[His]VIP), mientras que en el segundo tipo el extremo N del VIP permanece libre (Ag-tiopronina-PEG-VIP[His]). Las nanopartículas de plata funcionalizadas con VIP no comprometieron la viabilidad celular e inhibieron la estimulación inducida por microglía en condiciones inflamatorias.

El procedimiento de síntesis química desarrollado para obtener nanopartículas de plata funcionalizadas con VIP produjo productos funcionales en términos de actividad biológica. Las dos orientaciones alternativas diseñadas reducen las limitaciones de la síntesis química que dependen de la nanosuperficie a funcionalizar. Nuestro estudio aporta, por primera vez, una prueba de concepto para potenciar el potencial terapéutico del VIP mediante las valiosas propiedades de las nanopartículas metálicas para imagen, direccionamiento y liberación de fármacos.