Preparation and Characterization of Drug Loaded Cationic Albumin Nanoparticles

Abstract

Serum albumin protein behaves as a carrier and transporter for both hydrophilic and hydrophobic drugs. Therefore, albumin could be used in the drug carrier systems. Since albumin nanoparticles have a negative charge under physiological conditions, their anionic drug loading and delivering capacities are restricted. This study aims to obtain higher anionic drug loading capacity by producing cationic bovine serum albumin nanoparticles (cBSA NPs). Firstly, the carboxyl groups of amino acids present on the surface of albumin were conjugated with ethylenediamine to change the charge of albumin from negative to positive. Then, cBSA NPs were obtained using the desolvation process. Anionic salicylic acid (SA) was used for drug loading studies of the obtained cBSA NPs. SA loading and releasing experiments were studied with UV-Vis and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. In the UV-Vis, the drug loading capacity of cBSA NPs was found to increase ~2 fold, and drug release was slower compared to BSA NPs. For EPR studies, SA was labeled with stable radicals. Spin labels allow the simultaneous monitoring of bound and free drugs in the same sample. The drug was loaded into nanoparticles using two methods. Based on EPR results, it was found that drug was loaded to cBSA NPs with 50% and 93%, and to BSA NPs with 4% and 15% ratios, by desolvation and incubation, respectively. Thus, UV-vis and EPR measurements showed that cBSA NPs have higher SA loading potential and slower release ability compared to anionic albumin nanoparticles.

Serum albümin proteini hem hidrofilik hem de hidrofobik ilaçlar için taşıyıcı bir proteindir. Bu nedenle albümin, ilaç taşıyıcılarının hazırlanmasında sıklıkla kullanılmaktadır. Albümin nanoparçacıkları fizyolojik koşullar altında negatif yüke sahip olduklarından dolayı, anyonik ilaç yükleme kapasiteleri sınırlıdır. Bu nedenle, bu çalışma katyonik sığır serum albümin nanoparçacıkları (cBSA NP) üreterek daha yüksek anyonik ilaç yükleme kapasitesi elde etmeyi amaçlamaktadır. İlk olarak, albüminin yüzeyinde bulunan amino asitlerin karboksil grupları etilendiamin ile konjuge edilerek albüminin negatif yükü pozitife dönüştürülmüştür. Ardından, çözgen uzaklaştırma yöntemi kullanılarak katyonik albümin nanoparçacıkları (cBSA NP) elde edilmiştir. Elde edilen cBSA NP'ların ilaç yükleme kapasitesini test etmek için anyonik ilaç olan salisilik asit (SA) kullanılmıştır. Salisilik asit yükleme ve salım çalışmaları UV-Vis spektroskopisi ve elektron paramanyetik rezonans (EPR) spektroskopisi kullanılarak analiz edilmiştir. UV-Vis çalışmalarında, cBSA NP'ların ilaç yükleme kapasitesinin ~2 kat arttığı ve ilaç salımının BSA NP'lara kıyasla daha yavaş olduğu bulunmuştur. EPR spektroskopi çalışmalarında, SA ilk önce kararlı radikallerle etiketlenmiştir. Spin etiketler aynı numunedeki bağlı ve serbest ilaçların eş zamanlı izlenmesine olanak sağlamaktadır. İlacın iki farklı yöntem kullanılarak nanoparçacıklara yüklenmesi çalışılmıştır. EPR sonuçlarına göre ilacın, çözgen uzaklaştırma ve inkubasyon yöntemleri ile cBSA NP'larına sırasıyla 50% ve 93%, ve normal BSA NP'larına ise sırasıyla 4% ve 15% oranlarında yüklenebildikleri bulunmuştur. Bu sayede anyonik albümin nanoparçacıkları ile karşılaştırıldığında, cBSA nanoparçacıkları daha yüksek salisilik asit yükleme potansiyeline ve daha yavaş salım kabiliyetine sahip oldukları UV-vis ve EPR teknikleri ile gösterilmiştir.