Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress

Oxidative stress is an imbalance between oxidants and antioxidants in favor of the former, potentially leading to damage. Major oxidants in cells include reactive oxygen and nitrogen species (RONS) and their increase has been linked to exacerbate the pathogenesis of several diseases. Successful mapp...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Javaid, Sareema
Άλλοι συγγραφείς: Αντιμησιάρη, Σοφία
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2020
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/13593
id nemertes-10889-13593
record_format dspace
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Cellular oxidants
Electron paramagnetic resonance spectroscopy
Aminoxyl probe NB111
Οξειδωτικό στρες
Ενδοκυττάρια οξειδωτικά
Φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού
Ανιχνευτής αμινοξέος ΝΒ111
spellingShingle Cellular oxidants
Electron paramagnetic resonance spectroscopy
Aminoxyl probe NB111
Οξειδωτικό στρες
Ενδοκυττάρια οξειδωτικά
Φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού
Ανιχνευτής αμινοξέος ΝΒ111
Javaid, Sareema
Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
description Oxidative stress is an imbalance between oxidants and antioxidants in favor of the former, potentially leading to damage. Major oxidants in cells include reactive oxygen and nitrogen species (RONS) and their increase has been linked to exacerbate the pathogenesis of several diseases. Successful mapping of oxidative stress can yield in-depth knowledge of disease etiology and would be of paramount help in designing strategies for early diagnosis and monitoring treatment progress. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy coupled with exogenous probes is a well-established method for the in vitro detection of RONS. In one application, paramagnetic aminoxyl (nitroxide) radicals are employed in studying oxidative stress owing to their capability of being redox sensitive. However, successful transition of in vitro to in vivo EPR detection of cellular redox status via molecular probes is still hampered by several challenges linked to probe delivery parameters. Aminoxyl probe NB111 (5-acetoxymethoxycarbonyl- 1,1,3,3-tetraethylisoindolin-2-yloxyl) has been synthesized previously in Dr. Fabienne Peyrot’s lab. The hydrophobic nature of the NB111 probe posed challenges for its in vivo delivery. To allow intravenous administration of NB111, we aimed at developing nanoemulsions (NE) with high loading efficiency, long shelf life stability and no interference of NE constituents with NB111. Emulsification tests and pseudoternary diagrams were used to optimize the composition of NEs. Coarse emulsions were prepared using high shear homogenizer followed by microfluidization to yield NEs. Dynamic light scattering confirmed a mean droplet size below 200 nm with a PDI value of less than 0.1. Moreover, stability studies, carried out at room temperature and 40°C, showed no significant increase in the droplet size or PDI values. X-band EPR spectroscopy and HPLC quantification results showed that NB111 probe retained its initial EPR spectrum in selected NEs with maximum amount of probe being quantified in hydrophobic phase. Our developed NEs for NB111 probe could be further optimized for L-band EPR spectroscopy detection which could be investigated for in vivo oxidative stress mapping.
author2 Αντιμησιάρη, Σοφία
author_facet Αντιμησιάρη, Σοφία
Javaid, Sareema
format Thesis
author Javaid, Sareema
author_sort Javaid, Sareema
title Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
title_short Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
title_full Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
title_fullStr Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
title_full_unstemmed Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
title_sort nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress
publishDate 2020
url http://hdl.handle.net/10889/13593
work_keys_str_mv AT javaidsareema nanoformulatedprobesforelectronparamagneticresonancedetectionofoxidativestress
_version_ 1771297170382651392
spelling nemertes-10889-135932022-09-05T06:58:02Z Nanoformulated probes for electron para-magnetic resonance detection of oxidative stress Javaid, Sareema Αντιμησιάρη, Σοφία Αντιμισιάρη, Σοφία Audrieux, Karine Roques, Caroline Cellular oxidants Electron paramagnetic resonance spectroscopy Aminoxyl probe NB111 Οξειδωτικό στρες Ενδοκυττάρια οξειδωτικά Φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού Ανιχνευτής αμινοξέος ΝΒ111 Oxidative stress is an imbalance between oxidants and antioxidants in favor of the former, potentially leading to damage. Major oxidants in cells include reactive oxygen and nitrogen species (RONS) and their increase has been linked to exacerbate the pathogenesis of several diseases. Successful mapping of oxidative stress can yield in-depth knowledge of disease etiology and would be of paramount help in designing strategies for early diagnosis and monitoring treatment progress. Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy coupled with exogenous probes is a well-established method for the in vitro detection of RONS. In one application, paramagnetic aminoxyl (nitroxide) radicals are employed in studying oxidative stress owing to their capability of being redox sensitive. However, successful transition of in vitro to in vivo EPR detection of cellular redox status via molecular probes is still hampered by several challenges linked to probe delivery parameters. Aminoxyl probe NB111 (5-acetoxymethoxycarbonyl- 1,1,3,3-tetraethylisoindolin-2-yloxyl) has been synthesized previously in Dr. Fabienne Peyrot’s lab. The hydrophobic nature of the NB111 probe posed challenges for its in vivo delivery. To allow intravenous administration of NB111, we aimed at developing nanoemulsions (NE) with high loading efficiency, long shelf life stability and no interference of NE constituents with NB111. Emulsification tests and pseudoternary diagrams were used to optimize the composition of NEs. Coarse emulsions were prepared using high shear homogenizer followed by microfluidization to yield NEs. Dynamic light scattering confirmed a mean droplet size below 200 nm with a PDI value of less than 0.1. Moreover, stability studies, carried out at room temperature and 40°C, showed no significant increase in the droplet size or PDI values. X-band EPR spectroscopy and HPLC quantification results showed that NB111 probe retained its initial EPR spectrum in selected NEs with maximum amount of probe being quantified in hydrophobic phase. Our developed NEs for NB111 probe could be further optimized for L-band EPR spectroscopy detection which could be investigated for in vivo oxidative stress mapping. Το οξειδωτικό στρες είναι μια ανισορροπία μεταξύ οξειδωτικών και αντιοξειδωτικών μέσων υπέρ των πρώτων, οδηγώντας ενδεχομένως σε βλάβη. Τα κυριότερα ενδοκυττάρια οξειδωτικά είναι δραστικά είδη οξυγόνου και αζώτου (RONS) και η αύξηση τους έχει συνδεθεί με την επιδείνωση της παθογένεσης αρκετών παθολογιών. Η επιτυχής χαρτογράφηση του οξειδωτικού στρες μπορεί να οδηγήσει στην ανακάλυψη της αιτιολογίας της νόσου και θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμη για το σχεδιασμό στρατηγικών έγκαιρης διάγνωσης και παρακολούθησης της προόδου της θεραπείας. Η φασματοσκοπία ηλεκτρονικού παραμαγνητικού συντονισμού (EPR) σε συνδυασμό με εξωγενείς ανιχνευτές είναι μια καθιερωμένη μέθοδος για την in-vitro ανίχνευση των RONS. Σε μία εφαρμογή, ρίζες παραμαγνητικού αμινοξυλίου (νιτροξειδίου) χρησιμοποιούνται στη μελέτη οξειδωτικού στρες λόγω της ικανότητάς τους να είναι οξειδοαναγωγικές. Ωστόσο, η επιτυχής μετάβαση από in-vitro σε in-vivo ανίχνευση EPR κυτταρικής οξειδοαναγωγής μέσω μοριακών ανιχνευτών, εξακολουθεί να παρεμποδίζεται από διάφορες προκλήσεις που συνδέονται με παραμέτρους μεταφοράς των ανιχνευτών. Ο ανιχνευτής αμινοξέος ΝΒ111 (5-acetoxymethoxycarbonyl- 1,1,3,3-tetraethylisoindolin-2-yloxyl) έχει συντεθεί προηγουμένως στο εργαστήριο του Dr. Fabienne Peyrot. Η υδρόφοβη φύση του ανιχνευτή ΝΒ111 δημιούργησε προκλήσεις για την in-vivo χορήγηση του. Για να επιτραπεί η ενδοφλέβια χορήγηση του NB111, επιδιώξαμε την ανάπτυξη νανογαλακτωμάτων (ΝΕ) με υψηλή απόδοση φόρτωσης, μεγάλη σταθερότητα ζωής σε αποθήκευση και καμία αλληλεπίδραση των συστατικών του ΝΕ με το NB111. Δοκιμές γαλακτωματοποίησης και ψευδοτριγωνικά διαγράμματα χρησιμοποιήθηκαν για τη βελτιστοποίηση της σύνθεσης των ΝΕ. Τα αρχικά γαλακτώματα παρασκευάστηκαν χρησιμοποιώντας ομογενοποιητή υψηλής διάτμησης ακολουθούμενο από μικρορευστοποίηση. Η δυναμική διασπορά φωτός επιβεβαίωσε ότι το μέσο μέγεθος σταγονιδίων είναι μικρότερο από 200 nm με τιμή PDI μικρότερη από 0.100. Επιπλέον, οι μελέτες σταθερότητας, που διεξήχθησαν σε θερμοκρασία δωματίου και στους 40°C, δεν έδειξαν σημαντική αύξηση στα μεγέθη των σταγονιδίων ή στις τιμές PDI. Η φασματοσκοπία EPR της ζώνης Χ και τα αποτελέσματα ποσοτικού προσδιορισμού HPLC έδειξαν ότι ο ανιχνευτής NB111 διατηρεί το αρχικό του φάσμα EPR σε επιλεγμένα NEs με την μέγιστη ποσότητα ανιχνευτή να προσδιορίζεται στην υδρόφοβη φάση. Τα NEs που αναπτύχθηκαν για τον ανιχνευτή NB111 θα μπορούσαν να βελτιστοποιηθούν περαιτέρω για την ανίχνευση φασματοσκοπίας EPR της ζώνης L που θα μπορούσε να προσδώσει διευρυμένες εφαρμογές στην χαρτογράφηση του in-vivo οξειδωτικού στρες. 2020-07-13T08:49:21Z 2020-07-13T08:49:21Z 2019-07-09 Thesis http://hdl.handle.net/10889/13593 en 12 application/pdf