In Vitro Inhibition of Histamine Release Behavior of Cetirizine Intercalated into Zn/Al- and Mg/Al-Layered Double Hydroxides

The intercalation of cetirizine into two types of layered double hydroxides, Zn/Al and Mg/Al, has been investigated by the ion exchange method to form CTZAN and CTMAN nanocomposites, respectively. The basal spacing of the nanocomposites were expanded to 31.9 Å for CTZAN and 31.2 Å for CTMAN, suggesting that cetirizine anion was intercalated into Layered double hydroxides (LDHs) and arranged in a tilted bilayer fashion. A Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) study supported the formation of both the nanocomposites, and the intercalated cetirizine is thermally more stable than its counterpart in free state. The loading of cetirizine in the nanocomposite was estimated to be about 57.2% for CTZAN and 60.7% CTMAN. The cetirizine release from the nanocomposites show sustained release manner and the release rate of cetirizine from CTZAN and CTMAN nanocomposites at pH 7.4 is remarkably lower than that at pH 4.8, presumably due to the different release mechanism. The inhibition of histamine release from RBL2H3 cells by the free cetirizine is higher than the intercalated cetirizine both in CTZAN and CTMAN nanocomposites. The viability in human Chang liver cells at 1000 μg/mL for CTZAN and CTMAN nanocomposites are 74.5 and 91.9%, respectively

Development of drug delivery systems based on layered hydroxides for nanomedicine

Layered hydroxides (LHs) have recently fascinated researchers due to their wide application in various fields. These inorganic nanoparticles, with excellent features as nanocarriers in drug delivery systems, have the potential to play an important role in healthcare. Owing to their outstanding ion-exchange capacity, many organic pharmaceutical drugs have been intercalated into the interlayer galleries of LHs and, consequently, novel nanodrugs or smart drugs may revolutionize in the treatment of diseases. Layered hydroxides, as green nanoreservoirs with sustained drug release and cell targeting properties hold great promise of improving health and prolonging life

Immobilization of membrane proteins on layered double hydroxides

Η ακινητοποίηση μεμβρανικών πρωτεϊνών σε στοιβαγμένα διπλά υδροξείδια (LDH) κατέστη δυνατή με τη χρήση μιας νέας μεθόδου παρασκευής τεχνητών μεμβρανών. Η παρασκευή των τεχνητών μεμβρανών βασίστηκε στη διαλυτοποίηση λιπαρών οξέων με τη βοήθεια μη-ιονικών απορρυπαντικών και με ιονανταλλαγή στη συνέχεια παρουσία των στοιβαγμένων διπλών υδροξειδίων. Ο χαρακτηρισμός των τεχνητών μεμβρανών με περίθλαση ακτίνων Χ και με φασματοσκοπία υπερύθρου έδειξε την παρουσία των λιπαρών οξέων στον ενδιάμεσο χώρο των LDH σε δομή διπλοστοιβάδας, καθώς επίσης και την απουσία του απορρυπαντικού στο τελικό προϊόν. Η γραμισιδίνη ακινητοποιήθηκε στο LDH κατά τη σύνθεση των τεχνητών μεμβρανών με την νέα μεθοδολογία που αναπτύχθηκε. Η παρουσία της γραμισιδίνης στις τεχνητές μεμβράνες επιβεβαιώθηκε με φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Η λυάση του υδροϋπεροξειδίου των λιπαρών οξέων (HPL) και ο πυρήνας του φωτοσυστήματος ΙΙ μπορούν επίσης να ακινητοποιηθούν σε LDH με την ίδια μεθοδολογία.The immobilization of membrane proteins on layered double hydroxides (LDH) was achieved with the use of a new method for the preparation of artificial membranes. The preparation of artificial membranes was based on the solubilization of fatty acids by non-ionic detergents followed by ion-exchange in the presence of layered double hydroxides. Characterization of the artificial membranes by X-ray diffraction and IR spectroscopy showed the presence of fatty acids in the interlayer of the LDH in a bilayer arrangement along with the absence of the detergent in the final product. Gramicidin was immobilized on LDH during the synthesis of the artificial membrane using this new methodology. The presence of gramicidin in the artificial membranes was confirmed using ultraviolet-visible spectroscopy. Fatty acid hydroperoxide lyase (HPL) and the core complex of Photosystem II can also be immobilized by the same procedure

Stabilization of biomolecules using nanobiohybrids

Ο συνδυασμός διαφόρων βιομορίων με ένα ανόργανο υλικό, τα φυλλόμορφα διπλά υδροξείδια (LDH), έχει ως αποτέλεσμα τη σύνθεση βιοσυμβατών νανοϋβριδίων. Τα νανοϋβρίδια αυτά σχεδιάστηκαν κατάλληλα με σκοπό τη χρήση τους σε βιολογικές εφαρμογές όπως η μεταφορά φαρμάκων και η φωτοδυναμική θεραπεία. Με σκοπό την παρασκευή ενός συστήματος μεταφοράς φαρμάκων, τέσσερα διαφορετικά φάρμακα, που αντιπροσωπεύουν διαφορετικές κατηγορίες αντιβιοτικών, εισήχθησαν σε φυλλόμορφα διπλά υδροξείδια. Τα δύο από αυτά, η γραμισιδίνη και η αμφοτερικίνη Β, είναι υδρόφοβα αντιβιοτικά και ενσωματώθηκαν σε τεχνητές μεμβράνες που σχηματίστηκαν μέσα στο ανόργανο υπόστρωμα. Τα άλλα δύο, η αμπικιλλίνη και το ναλιδιξικό οξύ, είναι υδατοδιαλυτά αντιβιοτικά και εισήχθησαν απευθείας με ιονανταλλαγή. Τα νανοϋβρίδια που προέκυψαν χαρακτηρίστηκαν με διάφορες τεχνικές όπως περίθλαση ακτινών Χ, φασματοσκοπία υπερύθρου και φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Η αντιστρεπτή αλληλεπίδραση των φαρμάκων με το ανόργανο υπόστρωμα επιτρέπει την απελευθέρωσή τους υπό κατάλληλες συνθήκες. Οι μελέτες απελευθέρωσης έδειξαν ότι τα υβριδικά αυτά υλικά μπορούν να βρουν εφαρμογή σε συστήματα ελεγχόμενης απελευθέρωσης για διάφορα είδη αντιβιοτικών. Η πρωτοπορφυρίνη ΙΧ (ppIX) ακινητοποιήθηκε σε LDH με σκοπό την παρασκευή βιοσυμβατών νανοϋβριδίων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη φωτοδυναμική θεραπεία. Επιπλέον παρασκευάστηκαν νανοϋβρίδια που περιείχαν εκτός από την ppIX και υπερφθοροεπτανοϊκό οξύ ή παλμιτικό οξύ. Τα νανοϋβρίδια χαρακτηρίστηκαν με περίθλαση ακτινών Χ, φασματοσκοπία υπερύθρου, φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού, φασματοσκοπία φθορισμού και θερμοσταθμική ανάλυση. Η φωτοξείδωση οργανικών υποστρωμάτων όπως η ιστιδίνη, το 2,3-διμέθυλο-2-βουτένιο και το λινελαϊκό οξύ, απέδειξε την ικανότητα των νανοϋβριδίων να παράγουν οξυγόνο απλής κατάστασης όταν ακτινοβολούνται με ορατό φως. Επιπλέον, η δυνατότητα εφαρμογής των νανοϋβριδίων στη φωτοδυναμική θεραπεία ελέγχθηκε χρησιμοποιώντας ως μοντέλο το μύκητα S. cerevisiae. Συντέθηκαν επίσης νανοϋβρίδια με βελτιωμένη υδατοδιαλυτότητα και την ικανότητα της στόχευσης καρκινικών κυττάρων. Αυτό επιτεύχθηκε με την ομοιοπολική πρόσδεση φυλλικού οξέος ή βιοτίνης στην επιφάνεια των LDH. Επιπλέον, προσδέθηκε αλγινικό νάτριο στην επιφάνεια του LDH-ppIX με ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση. Τα νανοϋβρίδια αυτά χαρακτηρίστηκαν με φασματοσκοπία υπερύθρου και φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού. Η ομοιοπολική πρόσδεση του φυλλικού οξέος δίνει στο LDH τη δυνατότητα να στοχεύει καρκινικά κύτταρα HeLa.A variety of different biomolecules were combined with an inorganic material, layered double hydroxides (LDH), to produce biocompatible nanohybrids. These nanohybrids were appropriately designed for biological applications such as drug delivery and photodynamic therapy. In order to produce a drug delivery system, four pharmaceutically active molecules, each representing a different class of antibiotic, were intercalated in layered double hydroxides. Two of them, gramicidin and amphotericin B, are hydrophobic and they were incorporated in artificial membranes formed in the interlayer of the inorganic host. The other two, ampicillin and nalidixic acid, are water soluble antibiotics that were directly intercalated by using simple ion exchange reactions. The synthetic nanohybrid materials were characterized by various methods, as X-ray diffraction, infrared spectroscopy and ultraviolet-visible spectroscopy that verified the successful intercalation of the antibiotics and provided information regarding the interlayer structure of the nanohybrids. The reversible interaction of the antibiotic molecules with the inorganic host leads to release of the active drugs under the appropriate conditions. The release studies showed that the synthetic nanohybrids can successfully serve as controlled release systems for different kinds of antibiotics. Protoporphyrin IX (ppIX) was immobilized in the interlayer region of layered double hydroxides in order to produce biocompatible nanohybrids that could find application in photodynamic therapy. Additionally, nanohybrids with both ppIX and perfluoroheptanoic acid or palmitic acid were synthesized. The various nanohybrids were characterized by using X-ray diffraction, infrared spectroscopy, ultraviolet-visible spectroscopy, fluorescence spectroscopy and thermogravimetric analysis. Photooxidation experiments using substrates such as imidazole, 2,3-dimethyl-2-butene or linoleic acid, demonstrated the generation of singlet oxygen by these nanohybrids. Furthermore, the application of the nanohybrids to photodynamic therapy was evaluated by using S. cerevisiae as a model. Surface modified nanohybrids with improved solubility and the ability to target cancer cells were also synthesized. This was achieved by covalent bonding of folic acid or biotin on the surface of LDH. Furthermore, sodium alginate was bound on the external surface of LDH-ppIX by electrostatic interaction. The nanohybrids were characterized by infrared spectroscopy and ultraviolet – visible spectroscopy. The covalent bonding of folate on the surface of LDH enables them to target HeLa cancer cells