Reversible encapsulation by self-assembling resorcinarene subunits

Encapsulation complexes are assemblies in which a reversibly formed host more or less completely surrounds guest molecules. Host structures held together by hydrogen bonds have lifetimes in organic solvents of milliseconds to hours, long enough to directly observe the encapsulated guest by NMR spectroscopy. We describe here the action of alkyl ammonium compounds as guests that gather up to six molecules of the host module to form encapsulation complexes. The stoichiometry of the complexes—the largest hydrogen-bonded host capsules to date—is determined by the size and concentration of the guest.

Ascorbic acid is essential for the release of insulin from scorbutic guinea pig pancreatic islets.

Pancreatic islets from young normal and scorbutic male guinea pigs were examined for their ability to release insulin when stimulated with elevated D-glucose. Islets from normal guinea pigs released insulin in a D-glucose-dependent manner showing a rapid initial secretion phase and three secondary secretion waves during a 120-min period. Islets from scorbutic guinea pigs failed to release insulin during the immediate period, and only delayed and decreased responses were observed over the 40-60 min after D-glucose elevation. Insulin release from scorbutic islets was greatly elevated if 5 mM L-ascorbic acid 2-phosphate was supplemented in the perifusion medium during the last 60 min of perifusion. When 5 mM L-ascorbic acid 2-phosphate was added to the perifusion medium concurrently with elevation of medium D-glucose, islets from scorbutic guinea pigs released insulin as rapidly as control guinea pig islets and to a somewhat greater extent. L-Ascorbic acid 2-phosphate without elevated D-glucose had no effect on insulin release by islets from normal or scorbutic guinea pigs. The pancreas from scorbutic guinea pigs contained 2.4 times more insulin than that from control guinea pigs, suggesting that the decreased insulin release from the scorbutic islets was not due to decreased insulin synthesis but due to abnormal insulin secretion.

Glucose stimulation of insulin release in the absence of extracellular Ca2+ and in the absence of any increase in intracellular Ca2+ in rat pancreatic islets.

Insulin secretion has been studied in isolated rat pancreatic islets under stringent Ca(2+)-depleted, Ca(2+)-free conditions. Under these conditions, the effect of 16.7 mM glucose to stimulate insulin release was abolished. Forskolin, which activates adenylyl cyclase, also failed to stimulate release in the presence of either low or high glucose concentrations. A phorbol ester (phorbol 12-myristate 13-acetate; PMA) increased the release rate slightly and this was further increased by 16.7 mM glucose. Remarkably, in the presence of both forskolin and PMA, 16.7 mM glucose strongly augmented insulin release. The augmentation was concentration dependent and monophasic and had a temporal profile similar to the "second phase" of glucose-stimulated insulin release, which is seen under normal conditions when Ca2+ is present. Metabolism is required for the effect because mannoheptulose abolished the glucose response. Other nutrient secretagogues, alpha-ketoisocaproate, and the combination of leucine and glutamine augmented release under the same conditions. Norepinephrine, a physiological inhibitor of insulin secretion, totally blocked the stimulation of release by forskolin and PMA and the augmentation of release by glucose. Thus, under the stringent Ca(2+)-free conditions imposed, the stimulation of insulin release by forskolin and PMA, as well as the augmentation of release by glucose, is under normal physiological control. As no increase in intracellular [Ca2+] was observed, the results demonstrate that glucose can increase the rate of exocytosis and insulin release by pancreatic islets in a Ca(2+)-independent manner. This interesting pathway of stimulus-secretion coupling for glucose appears to exert its effect at a site beyond the usual elevation of intracellular [Ca2+] and is not due to an activation by glucose of protein kinase A or C.

Dissociation between changes in cytoplasmic free Ca2+ concentration and insulin secretion as evidenced from measurements in mouse single pancreatic islets.

Simultaneous measurements of cytosolic free Ca2+ concentration and insulin release, in mouse single pancreatic islets, revealed a direct correlation only initially after stimulation with glucose or K+. Later, there is an apparent dissociation between these two parameters, with translocation of alpha and epsilon isoenzymes of protein kinase C to membranes and simultaneous desensitization of insulin release in response to glucose. Recovery of insulin release, without any concomitant changes in cytosolic free Ca2+ concentration, after addition of phorbol 12-myristate 13-acetate, okadaic acid, and forskolin supports the notion that the desensitization process is accounted for by dephosphorylation of key regulatory sites of the insulin exocytotic machinery.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

Co-encapsulation of enzymes and antibodies for chemical deactivation of pathogens on paper

Le papier bioactif est obtenu par la modification de substrat du papier avec des biomolécules et des réactifs. Ce type de papier est utilisé dans le développement de nouveaux biocapteurs qui sont portables, jetables et économiques visant à capturer, détecter et dans certains cas, désactiver les agents pathogènes. Généralement les papiers bioactifs sont fabriqués par l’incorporation de biomolécules telles que les enzymes et les anticorps sur la surface du papier. L’immobilisation de ces biomolécules sur les surfaces solides est largement utilisée pour différentes applications de diagnostic comme dans immunocapteurs et immunoessais mais en raison de la nature sensible des enzymes, leur intégration au papier à grande échelle a rencontré plusieurs difficultés surtout dans les conditions industrielles. Pendant ce temps, les microcapsules sont une plate-forme intéressante pour l’immobilisation des enzymes et aussi assez efficace pour permettre à la fonctionnalisation du papier à grande échelle car le papier peut être facilement recouvert avec une couche de telles microcapsules. Dans cette étude, nous avons développé une plate-forme générique utilisant des microcapsules à base d’alginate qui peuvent être appliquées aux procédés usuels de production de papier bioactif et antibactérien avec la capacité de capturer des pathogènes à sa surface et de les désactiver grâce à la production d’un réactif anti-pathogène. La conception de cette plate-forme antibactérienne est basée sur la production constante de peroxyde d’hydrogène en tant qu’agent antibactérien à l’intérieur des microcapsules d’alginate. Cette production de peroxyde d’hydrogène est obtenue par oxydation du glucose catalysée par la glucose oxydase encapsulée à l’intérieur des billes d’alginate. Les différentes étapes de cette étude comprennent le piégeage de la glucose oxydase à l’intérieur des microcapsules d’alginate, l’activation et le renforcement de la surface des microcapsules par ajout d’une couche supplémentaire de chitosan, la vérification de la possibilité d’immobilisation des anticorps (immunoglobulines G humaine comme une modèle d’anticorps) sur la surface des microcapsules et enfin, l’évaluation des propriétés antibactériennes de cette plate-forme vis-à-vis l’Escherichia coli K-12 (E. coli K-12) en tant qu’un représentant des agents pathogènes. Après avoir effectué chaque étape, certaines mesures et observations ont été faites en utilisant diverses méthodes et techniques analytiques telles que la méthode de Bradford pour dosage des protéines, l’électroanalyse d’oxygène, la microscopie optique et confocale à balayage laser (CLSM), la spectrométrie de masse avec désorption laser assistée par matrice- temps de vol (MALDI-TOF-MS), etc. Les essais appropriés ont été effectués pour valider la réussite de modification des microcapsules et pour confirmer à ce fait que la glucose oxydase est toujours active après chaque étape de modification. L’activité enzymatique spécifique de la glucose oxydase après l’encapsulation a été évaluée à 120±30 U/g. Aussi, des efforts ont été faits pour immobiliser la glucose oxydase sur des nanoparticules d’or avec deux tailles différentes de diamètre (10,9 nm et 50 nm) afin d’améliorer l’activité enzymatique et augmenter l’efficacité d’encapsulation. Les résultats obtenus lors de cette étude démontrent les modifications réussies sur les microcapsules d’alginate et aussi une réponse favorable de cette plate-forme antibactérienne concernant la désactivation de E. coli K-12. La concentration efficace de l’activité enzymatique afin de désactivation de cet agent pathogénique modèle a été déterminée à 1.3×10-2 U/ml pour une concentration de 6.7×108 cellules/ml de bactéries. D’autres études sont nécessaires pour évaluer l’efficacité de l’anticorps immobilisé dans la désactivation des agents pathogènes et également intégrer la plate-forme sur le papier et valider l’efficacité du système une fois qu’il est déposé sur papier.

PKC alpha is activated but not required during glucose-induced insulin secretion from rat pancreatic islets

The role of protein kinase C (PKC) in glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) is controversial. Using recombinant adenoviruses for overexpression of PKCalpha and PKCdelta, in both wild-type (WT) and kinase-dead (KD) forms, we here demonstrate that activation of these two PKCs is neither necessary nor sufficient for GSIS from batch-incubated, rat pancreatic islets. In contrast, responses to the pharmacologic activator 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA) were reciprocally modulated by overexpression of the PKCalphaWT or PKCalphaKD but not the corresponding PKCdelta adenoviruses. The kinetics of the secretory response to glucose (monitored by perifusion) were not altered in either cultured islets overexpressing PKCalphaKD or freshly isolated islets stimulated in the presence of the conventional PKC (cPKC) inhibitor Go6976. However, the latter did inhibit the secretory response to TPA. Using phosphorylation state-specific antisera for consensus PKC phosphorylation sites, we also showed that (compared with TPA) glucose causes only a modest and transient functional activation of PKC (maximal at 2-5 min). However, glucose did promote a prolonged (15 min) phosphorylation of PKC substrates in the presence of the phosphatase inhibitor okadaic acid. Overall, the results demonstrate that glucose does stimulate PKCalphain pancreatic islets but that this makes little overall contribution to GSIS.

Encapsulation of lipopeptides within liposomes: Effect of number of lipid chains, chain length and method of liposome preparation

The purpose of this study was to systematically investigate the effect of lipid chain length and number of lipid chains present on lipopeptides on their ability to be incorporated within liposomes. The peptide KAVYNFATM was synthesized and conjugated to lipoamino acids having acyl chain lengths of C-8, C-12 and C-16. The C-12 construct was also prepared in the monomeric, dimeric and trimeric form. Liposomes were prepared by two techniques: hydration of dried lipid films (Bangham method) and hydration of freeze-dried monophase systems. Encapsulation of lipopeptide within liposomes prepared by hydration of dried lipid films was incomplete in all cases ranging from an entrapment efficiency of 70% for monomeric lipoamino acids at a 5% (w/w) loading to less than 20% for di- and trimeric forms at loadings of 20% (w/w). The incomplete entrapment of lipopeptides within liposomes appeared to be a result of the different solubilities of the lipopeptide and the phospholipids in the solvent used for the preparation of the lipid film. In contrast, encapsulation of lipopeptide within liposomes prepared by hydration of freeze-dried monophase systems was high, even up to a loading of 20% (w/w) and was much less affected by the acyl chain length and number than when liposomes were prepared by hydration of dried lipid films. Freeze drying of monophase systems is better at maintaining a molecular dispersion of the lipopeptide within the solid phospholipid matrix compared to preparation of lipid film by evaporation, particularly if the solubility of the lipopeptide in solvents is markedly different from that of the polar lipids used for liposome preparation. Consequently, upon hydration, the lipopeptide is more efficiently intercalated within the phospholipid bilayers. (C) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Emulsion strategies in the microencapsulation of cells: Pathways to thin coherent membranes

Microencapsulation of cell spheroids in an immunoselective, highly biocompatible, biomembrane offers a way to create viable implantation options in the treatment of insulin-dependent diabetes mellitus (IDDM). Traditionally the encapsulation process has been achieved through the injection/extrusion of alginate/cell mixtures into a calcium chloride solution to produce calcium alginate capsules around the cells. A novel alternative is explored here through a procedure using an emulsion process to produce thin adherent calcium alginate membranes around cell spheroids. In this study, a thorough investigation has been used to establish the emulsion process parameters that are critical to the formation of a coherent alginate coat both on a model spheroid system and subsequently on cell spheroids. Optical and fluorescence microscopy are used to assess the morphology and coherence of the calcium alginate/ poly-L-ornithine/alginate (APA) capsules produced. (c) 2005 Wiley Periodicals, Inc.

Nanoassembly of biocompatible microcapsules for urease encapsulation and their use as biomimetic reactors

Biocompatible polypeptide capsules with high enzyme loading and activity prepared by templating mesoporous silica spheres were used as biomimetic reactors for performing CaCO3 synthesis exclusively inside the capsule interior via urease-catalyzed urea hydrolysis.

The efficiency of encapsulation within surface rehydrated polymersomes

The key to the use of polymersomes as effective molecular delivery systems is in the ability to design processing routes that can efficiently encapsulate the molecular payload. We have evaluated various surface rehydration mechanisms for encapsulation, in each case characterizing the morphologies formed using DLS and confocal microscopy as well as determining the encapsulation efficiency for the hydrophilic dye Rhodamine B. In contrast to bulk methods, where the encapsulation efficiencies are low, we find that higher efficiencies can be obtained by the rehydration of thin films. We relate these results to the non-equilibrium mechanisms that underlie vesicle formation and discuss how an understanding of these mechanisms can help optimize encapsulation efficiencies. Our conclusion is that, even considering the good encapsulation efficiency, surface methods are still unsuitable for the massive scale-up needed when applied to commercial mass market molecular delivery scenarios. However, targeting more specialized applications for high value ingredients (like pharmaceuticals) might be more feasible.