Crosslinked casein-based micelles as a dually responsive drug delivery system

New types of biodegradable nanocarriers for drug delivery were prepared using casein (CAS) micelles as particle templates and glyceraldehyde (GAL) as a crosslinking agent. We found that highly crosslinked casein micelles (CCM) maintained their structural integrity at pH 7.4 (plasma conditions) but were easily degraded in the presence of proteases at pH 5 (lysosomal conditions). Nile red (NR) was chosen as a hydrophobic model drug inspired by the natural role of casein as lipophilic nutrient nanotransporter. The cumulative release of the NR-loaded micelles showed marginal dye leakage at pH 7.4 but was significantly accelerated by protease and pH-mediated degradation of the nanocarriers in a dual-responsive fashion. The prepared nanocarriers possess many favorable features for drug delivery: excellent biocompatibility and biodegradability, high stability in physiological conditions, remarkable capacity for the encapsulation of hydrophobic drugs, minimal drug leakage under extracellular conditions, and rapid drug release in response to the endo-lysosomal levels of pH and proteases. In this regard, the prepared CCM represent a promising candidate for the delivery and triggered release of anti-cancer drugs in lysosomal environments. Fil: Picchio, Matías Luis. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos y Química Aplicada. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos y Química Aplicada; Argentina Fil: Cuggino, Julio César. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentina Fil: Nagel, Gregor. Freie Universitat Berlin; Alemania Fil: Wedepohl, Stefanie. Freie Universitat Berlin; Alemania Fil: Minari, Roque Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentina Fil: Alvarez Igarzabal, Cecilia Ines. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos y Química Aplicada. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigación y Desarrollo en Ingeniería de Procesos y Química Aplicada; Argentina. Freie Universitat Berlin; Alemania Fil: Gugliotta, Luis Marcelino. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentina Fil: Calderon, Marcelo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina. Freie Universitat Berlin; Alemania