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Department of Pharmaceutical Sciences, School of Pharmacy, Northeastern University
Xu, J., Amiji, M. Therapeutic Gene Delivery and Transfection in Human Pancreatic Cancer Cells using Epidermal Growth Factor Receptor-targeted Gelatin Nanoparticles. J. Vis. Exp. (59), e3612, doi:10.3791/3612 (2012).
1. प्लास्मिड डीएनए तैयार EGFR - लक्षित जिलेटिन नैनोकणों समझाया
2. EGFR लक्षित नैनोकणों की विशेषता
3. Panc-1 अग्नाशय के कैंसर कोशिकाओं में इन विट्रो अभिकर्मक अध्ययन में
4. प्रतिनिधि परिणाम
1. संश्लेषण और EGFR लक्षित नैनोकणों के Chatacterization
EGFR लक्ष्यीकरण पेप्टाइड संशोधित नैनोकणों के रूप में योजना संख्या 1 में दिखाया संश्लेषित थे. desolvation द्वारा तैयार नैनोकणों कण आकार और क्षमता जीटा के लिए विशेषता थे. कणों का औसत आकार और सतह के प्रभारी thiolated gelatins से तैयारसाथ thiolation के विभिन्न डिग्री तालिका 1 में सूचीबद्ध हैं. विभिन्न नैनोकणों के मतलब कण व्यास 150-250 एनएम के बीच थे. Thiolated नैनोकणों जिलेटिन नैनोकणों छोटे आकार की तुलना में है, की वजह से कणों के अंदर डाइसल्फ़ाइड पुल गठन के लिए हो सकता है. अलग सतह संशोधनों के साथ, नैनोकणों के आकार में वृद्धि हुई है. विभिन्न योगों के जीटा क्षमता -20 एम वी के आसपास थे. SEM विश्लेषण के साथ, आकार, सतह morphology और नैनोकणों के गोलाकार आकार मनाया गया और Zetasizer परिणाम के लिए इसी. जिलेटिन नैनोकणों और thiolated जिलेटिन नैनोकणों में डीएनए लोडिंग क्षमता 95% (तालिका 1) की तुलना में अधिक थे.
चित्रा 1 केमिकल रिएक्शन योजना, illustrating के epidermal वृद्धि वास्तविक साथ thiolated जिलेटिन नैनोकणों के सतह संशोधनआर रिसेप्टर (EGFR) को एक पाली (ethylene glycol) स्पेसर (खूंटी) के माध्यम से बाध्यकारी पेप्टाइड.
नैनोकणों की विशेषता
| सूत्रीकरण | Nanoparticle व्यास (एनएम) | जीटा संभावित (mV) | प्लास्मिड डीएनए लोड हो रहा है क्षमता (%) |
| जेल एनपी | 151.4 ± 23.5 | -17.1 ± 5.23 | 95.6 ± 2.2 |
| एनपी एसएच-जेल | 132.6 ± 17.9 | -24.6 ± 5.16 | 97.0 ± 3.8 |
| एसएच जेल - खूंटी | 179.0 ± 30.9 | -22.3 ± 9.50 | 95.8 ± 6.5 |
| एसएच जेल खूंटी पेप्टाइड | 230.8 ± 41.5 | -18.1 ± 4.02 | 94.8 ± 5.1 |
धन्यवादble एक नियंत्रण और EGFR लक्षित जिलेटिन और thiolated जिलेटिन नैनोकणों के कण आकार, सतह प्रभारी, और प्लास्मिड डीएनए encapsulation क्षमता.
उच्च संकल्प सी 1S रासायनिक विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (ESCA) के स्कैन thiolated (एनपी एसएच-जेल) जिलेटिन, खूंटी संशोधित thiolated जिलेटिन (खूंटी एसएच-जेल) और EGFR की सतह घटक पेप्टाइड संशोधित thiolated जिलेटिन लक्ष्यीकरण का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था नैनोकणों (एसएच जेल खूंटी पेप्टाइड). तालिका 2 में परिणाम 285.0 पर (हाइड्रोकार्बन) दर्पण, सीओ (ईथर), और सी = (कार्बोनिल) हे समूहों के चरम तीव्रता, 286.3, 288.1 eV, क्रमशः से पता चला. ईथर सीओ संकेत खूंटी संशोधन के बाद बढ़ गया है और पेप्टाइड संयुग्मन के बाद की कमी हुई. जबकि नाइट्रोजन रचना खूंटी संशोधन के बाद गिरावट आई है और पेप्टाइड संशोधन, जो नैनोकणों पर EGFR-लक्ष्यीकरण पेप्टाइड की उपस्थिति की पुष्टि के बाद वृद्धि हुई. ESCA विश्लेषण आगे खूंटी और पेप्टाइड सतह संशोधन की पुष्टि की है.
नैनोकणों के सतह की संरचना के रासायनिक विश्लेषण के लिए इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी
| सूत्रीकरण | सी 1s (%) | हे 1s (%) | एन 1s (%) |
| एनपी एसएच-जेल | 59.3 ± 0.8 | 22.9 ± 0.5 | 12.9 ± 0.1 |
| एसएच जेल - खूंटी | 58.2 ± 0.6 | 28.0 ± 1.2 | 9.5 ± 0.7 |
| एसएच जेल खूंटी पेप्टाइड | 56.7 ± 0.8 | 25.9 ± 0.7 | 12.3 ± 0.6 |
| सूत्रीकरण | सीसी (%) | सीओ एन, (%) | सी = हे (% ) |
| एनपी एसएच-जेल | 51.5 | 26.6 | 21.9 |
| एसएच जेल - खूंटी | 17.1 | 63.1 | 19.8 |
| एसएच जेल खूंटी पेप्टाइड | 33.1 | 42.8 | 24.1 |
टेबल 2 सी 1S संकल्प उच्च इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के स्कैन रासायनिक विश्लेषण (ESCA) के लिए
आदेश में समझाया प्लाज्मिड की स्थिरता की जांच करने के लिए, नैनोकणों protease DNase या अलग के साथ इलाज किया गया, simuntaneously या sequentially. वैद्युतकणसंचलन के बाद, चित्रा 2 में परिणाम से पता चला है कि सभी नैनोकणों में समझाया प्लास्मिड डीएनए नैनोकणों और स्थिर, तुलनीय नग्न प्लास्मिड डीएनए द्वारा संरक्षित हैं. अध्ययन ये पता चला है कि इन सभी नैनोकणों encapsulate और encapsulation के बाद प्लाज्मिड संरचना के संरक्षण सकता है.
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चित्रा 2 प्लाज्मिड thiolated जिलेटिन में समझाया डीएनए की स्थिरता, खूंटी संशोधित जिलेटिन thiolated, और EGFR agarose जेल वैद्युतकणसंचलन द्वारा thiolated जिलेटिन नैनोकणों पेप्टाइड संशोधित. नैनोकणों 0.2 protease की मिलीग्राम / मिलीलीटर के साथ इलाज किया गया nanoparticle मैट्रिक्स के भीतर प्लास्मिड डीएनए encapsulation साबित
2. अग्नाशय के कैंसर कोशिकाओं में बेसलाइन EGFR अभिव्यक्ति
दो मानव अग्नाशय के adenocarcinoma के सेल लाइनों (Panc-1 और Capan-1) EGFR अभिव्यक्ति के लिए पश्चिमी धब्बा विश्लेषण किया गया. मानव डिम्बग्रंथि (SKOV3) ग्रंथिकर्कटता और murine (fibroblast कोशिकाओं (NIH-3T3) सकारात्मक और नकारात्मक नियंत्रण के रूप में चुने गए हैं, क्रमशः बीटा actin प्रोटीन लोड हो रहा है नियंत्रण के रूप में विश्लेषण किया गया था. Panc 1-कक्षों Capan-1 की तुलना में उच्च EGFR अभिव्यक्ति दिखाया और इस सेल लाइन तो इन विट्रो अध्ययन में निम्नलिखित के लिए इस्तेमाल किया गया था
3. नियंत्रण और Surfa के cytotoxicityCE-संशोधित जिलेटिन नैनोकणों Thiolated
आदेश में नैनोकणों के सेलुलर बातचीत का मूल्यांकन करने के लिए, cytotoxicity assays नैनोकणों के साथ इलाज के बाद बाहर किए गए. चित्रा 3 में परिणाम के आधार पर, दोनों नियंत्रण और सतह संशोधित नैनोकणों Panc एक उच्च सांद्रता में भी कोशिकाओं में अपेक्षाकृत सुरक्षित और biocompatible पी की तुलना के साथ थे. निम्नलिखित अध्ययनों 1mg/ml नैनोकणों के साथ किया गया.

चित्रा 3. प्रतिशत Panc-1 कोशिकाओं में nanoparticle तैयार सांद्रता के एक समारोह के रूप में सेल व्यवहार्यता के रूप में tetrazolium (टन) डाई परख द्वारा मूल्यांकन
4. Panc - एक कक्ष में रिसेप्टर मध्यस्थता सेल तेज
EGFR लक्ष्यीकरण पेप्टाइड और रिसेप्टर मध्यस्थता नैनोकणों के endocytotic तेज की सतह पहुँच की पुष्टि करने के लिए, एक प्रणाली प्रत्येक सह लेबलिंग के द्वारा डिजाइन किया गया थानैनोकणों और कोशिकाओं में तेज तस्करी के दृश्य के लिए अलग प्रतिदीप्ति साथ mponent. इस लेबलिंग प्रणाली के साथ, प्लास्मिड डीएनए, नैनोकणों और सेल नाभिक पहचाना जा सकता है. 6 घंटे 15 मिनट से अलग अलग समय बिंदुओं पर छवियों ले, लेजर स्कैनिंग confocal माइक्रोस्कोपी प्रतिदीप्ति इस्तेमाल किया गया था. विभिन्न योगों की छवियों की तुलना करके, पेप्टाइड संयुग्मित जिलेटिन नैनोकणों तेजी से और 30 मिनट के भीतर प्लाज्मिड रिलीज तेज दिखाया. इस परिणाम ने साबित कर दिया कि EGFR पेप्टाइड संयुग्मित नैनोकणों विशिष्ट पेप्टाइड EGFR और कोशिका की सतह रिसेप्टर्स पर EGFR, जो बहुत तेजी से किया गया था के बीच त्वरित बातचीत के साथ मदद की endocytosis लिया अन्य नैनोकणों, जो गैर विशिष्ट endocytosis लिया तुलना.
सेल तस्करी अध्ययन

चित्रा 4 Confocal प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी.डीएनए समझाया nanoparticle और Panc 1-कोशिकाओं में तेज तस्करी के alysis. (लाल = rhodamine-लेबल नैनोकणों, हरे = प्लास्मिड डीएनए PicoGreen लेबल, और नीले = नाभिक DAPI लेबल). लेजर शक्ति कम पैनल के पिछले चार आंकड़ों में 7 गुना कम था.
5. बढ़ी हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन के साथ इन विट्रो अभिकर्मक में गुणात्मक और मात्रात्मक
चित्रा 5 और 6 चित्र में प्रतिदीप्ति सूक्ष्म विश्लेषण में एलिसा Panc 1-असंशोधित, खूंटी संशोधित और EGFR पेप्टाइड संशोधित thiolated जिलेटिन नैनोकणों के प्रशासन पर कोशिकाओं में गुणात्मक और मात्रात्मक GFP tranfection दक्षता मापने के लिए इस्तेमाल किया गया. EGFR - लक्षित नैनोकणों द्वारा दिया प्लास्मिड 48 अन्य नियंत्रणों के सापेक्ष Lipofectin complexed डीएनए सहित घंटे के बाद GFP अभिव्यक्ति के उच्चतम स्तर में हुई.

चित्रा 5 GFP अभिव्यक्ति एक.एलिसा द्वारा nalyzed नियंत्रण और EGFR लक्षित नैनोकणों में प्लास्मिड डीएनए के बाद प्रशासन के समय के एक समारोह के रूप में साजिश रची है.
Fluoresence GFP अभिकर्मक के लिए सूक्ष्म विश्लेषण

चित्रा 6 Panc एक epifluoresence माइक्रोस्कोपी द्वारा कोशिकाओं में 24, 48, 72, और EGFP-N1 के साथ 96 के बाद अभिकर्मक घंटे के बाद हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन अभिव्यक्ति की गुणात्मक विश्लेषण. Lipofectin डीएनए परिसर में एक सकारात्मक नियंत्रण के रूप में इस्तेमाल किया गया था.
जंगली प्रकार p53 के साथ इन विट्रो Tranfection में 6. Panc - एक कक्ष में प्लाज्मिड
जंगली प्रकार p53 pORF hp53 एफई-1α / HTLV संकर प्रमोटर के साथ plasmids, ई. से निकाले गए थे कोलाई और apoptotic उपचारात्मक प्रभाव का अध्ययन नैनोकणों में समझाया . Panc-1 कोशिकाओं को 6 घंटे के लिए कणों और पोस्ट के लिए 24 अतिरिक्त - ट्रांसफ़ेक्ट, 48, 72, और 96 के साथ इलाज किया गया घंटे.
चूंकि p53 कोशिकाओं में apoptosis प्रेरित और आदेश में इस कार्य को पूरा करने के लिए सकता है, तो कई बहाव प्रतिलेखन कारक शामिल हो सकता है और सीधे wt p53 की अभिव्यक्ति द्वारा विनियमित होगा. उनमें से, Bax, कस्पासे-3, कस्पासे-9, DR5, PUMA और Apaf-1 होगा विनियमित और p53 की अभिव्यक्ति के द्वारा बीसीएल-2, जबकि survivin नीचे विनियमित होगा. आदेश में इन प्रतिलेखन कारकों के स्तर की जांच करने के लिए, mRNA Panc-1 कोशिकाओं से 48 के बाद अभिकर्मक घंटे बाद निकाला गया था और RT-पीसीआर के लिए इस्तेमाल किया. उत्पादों जेल वैद्युतकणसंचलन के साथ मूल्यांकन किया गया और बैंड ImageJ के साथ विश्लेषण किया गया. परिणाम 7 चित्रा में दिखाया के आधार पर, survivin EGFR लक्षित thiolated जिलेटिन अन्य उपचार की तुलना में नैनोकणों के उपचार के साथ काफी कमी आई है, कोई स्पष्ट परिवर्तन बीसीएल-2 में देखा गया था, Bax और कस्पासे 3 की अभिव्यक्ति, कस्पासे-9, DR5, PUMA और लक्षित नैनोकणों उपचार के साथ Apaf 1increased.
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7 चित्रा wt-p53 अभिव्यक्ति के बहाव के कारक का mRNA स्तर RT-पीसीआर द्वारा 48 पोस्ट अभिकर्मक घंटे के बाद की तुलना में थे .
Wt-p53 अभिकर्मक के बाद, chromatin पारगम्यता / संघनन झिल्ली / मृत सेल apoptosis किट apoptotic कोशिकाओं, परिगलित कोशिकाओं और विभिन्न रंगों के साथ जीवित कोशिकाओं को अलग करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. iCys CompuCyte से अनुसंधान इमेजिंग cytometer (वेस्टवुड, एमए) के विश्लेषण और उपचार के बाद apoptosis स्तर की तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. नकारात्मक नियंत्रण की तुलना में, गुना परिवर्तन apoptotic कोशिकाओं बाहर गणना की गई और 8 चित्रा में सूचीबद्ध है. EGFR लक्षित thiolated जिलेटिन nanopaticles बाद अभिकर्मक के बाद उच्चतम apoptotic सेल की आबादी से पता चला है. कस्पासे 3 / 7 गतिविधि का विश्लेषण यह भी पता चला है कि EGFR लक्षित नैनोकणों तेजी internalization और Panc 1-कोशिकाओं में apoptotic गतिविधि के उच्चतम स्तर था.
8 चित्रा. Wt-p53 के नियंत्रण में समर्थक apoptotic गतिविधि के Cytometric विश्लेषण Panc-1 iCys का उपयोग कोशिकाओं ° इमेजिंग cytometer ट्रांसफ़ेक्ट
नियंत्रण और EGFR लक्षित thiolated जिलेटिन नैनोकणों कुशल डीएनए encapsulation और स्थिरता के साथ तैयार थे. इन प्रणालियों के सभी के कण आकार व्यास में 150-250 एनएम के रेंज में थे. जीटा क्षमता साबित कर दिया है कि इस प्रणाली एक थोड़ा नकारात्मक प्रणाली है. SEM विश्लेषण के साथ, नैनोकणों के आकार Zetasizer परिणाम के साथ ही थे. ESCA विश्लेषण खूंटी और पेप्टाइड सतह संशोधन की पुष्टि कर सकते हैं.
पश्चिमी धब्बा विश्लेषण से पता चला कि Panc-1 कोशिकाओं एक उच्च EGFR अभिव्यक्ति के स्तर था और इन विट्रो अध्ययन में इस सेल लाइन के लिए इस्तेमाल किया गया था . दोनों नियंत्रण और सतह संशोधित नैनोकणों Panc-1 कोशिकाओं में अपेक्षाकृत कम साइटोटोक्सिक पी की तुलना में थे.
सेल तस्करी पढ़ाई तेजी से तेज और Panc 1-कोशिकाओं में EGFR लक्षित नैनोकणों के प्लाज्मिड रिलीज दिखाया. रिपोर्टर प्लास्मिड डीएनए EGFR लक्षित नैनोकणों के साथ व्यक्त की डिलिवरी के उच्चतम स्तर के परिणामस्वरूपGFP Lipofectin - complexed डीएनए सहित अन्य नियंत्रण के सापेक्ष अभिव्यक्ति. इसी प्रणाली के साथ, प्लाज्मिड wt-p53 के साथ अभिकर्मक बहाव apoptotic मार्ग और Panc-1 कोशिकाओं में प्रेरित तेजी से apoptosis ट्रिगर.
इन प्रारंभिक परिणाम बताते हैं कि EGFR - लक्षित thiolated जिलेटिन नैनोकणों अग्नाशय के कैंसर के लिए एक इलाज के रूप में जीन थेरेपी के लिए एक सुरक्षित और कारगर डीएनए वितरण प्रणाली के रूप में सेवा कर सकते हैं.
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
इस अध्ययन और कैंसर Nanotechnology उत्कृष्टता के लिए कैंसर केंद्र (CCNE) अनुदान U54 CA151881 के लिए राष्ट्रीय कैंसर संस्थान के नैनो में एलायंस द्वारा समर्थित किया गया.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Type B gelatin, Bloom 225 | Sigma-Aldrich | G9391 | |
| 2-iminothiolane hydrochloride | Sigma-Aldrich | I6256 | |
| pEGFP-N1 plasmid | Elim Biopharm | N/A | |
| pORF-hp53 E. coli | Invitrogen | porf-hp53 | |
| Glyoxal solution (40wt. % in H2O) | Sigma-Aldrich | 128465 | |
| Glycine | Sigma-Aldrich | 410225-250G | |
| QIA filter Plasmid Mega kit | Qiagen | 12281 | |
| Beckman LE 80K Ultracentrifuge | Beckman Coulter Inc. | N/A | |
| FreeZone 6 Liter Console Freeze Dry Systems | Labconco Corp. | 7753020 | |
| mPEG-SCM, MW 2,000 Da | Laysan Bio Inc. | mPEG-SCM-2K-1g | |
| MAL-PEG-SCM, MW 2,000 Da | Jenkem Technology | A5001-1 | |
| Zetasizer Nano | Malvern Instruments | Zetasizer Nano ZS | |
| Hitachi 4800 field emission scanning electron microscope | Hitachi | S-4800 UHR FE-SEM | |
| Quant-iT PicoGreen dsDNA Reagent and Kits | Invitrogen | P7589 | |
| Lipofectin Transfection Reagent | Invitrogen | 18292011 | |
| DMEM | Mediatech, Inc. | 10 013 CM | |
| RPMI | Mediatech, Inc. | 50 020 PB | |
| Pierce BCA Protein Assay Kit | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 23225 | |
| iBlot Dry Blotting System | Invitrogen | IB1001 | |
| XCellSureLock Mini-Cell and XCell II Blot Module Kit CE Mark | Invitrogen | EI0002 | |
| Pierce ECL Western Blotting Substrate | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 32109 | |
| Kodak Digital X-ray Specimen (DXS) System | Kodak | N/A | |
| CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay (MTS) | Promega Corp. | G3580 | |
| BioTek SynergyHT plate reader | BioTek | N/A | |
| Nanodrop 2000 | Thermo Fisher Scientific, Inc. | N/A | |
| One-step RT-PCR kit | Qiagen | 210212 | |
| Chromatin Condensation/Membrane Permeability/Dead Cell Apoptosis Kit | Invitrogen | V23201 | |
| Apo-ONE Homogeneous Caspase-3/7 Assay kit | Promega Corp. | G7790 | |
| Hybaid PCR Sprint Thermal Cycler | Thermo Fisher Scientific, Inc. | N/A | |
| EGF Receptor Antibody | Cell Signaling Technology | 2232 | |
| β-Actin Antibody | Cell Signaling Technology | 4967 | |
| Anti-rabbit IgG, HRP-linked Antibody | Cell Signaling Technology | 7074 | |
| Mouse Monoclonal GFP Antibody | Novus Biologicals | NB600-597 | |
| Goat Polyclonal GFP antibody (Alkaline Phosphatase) | Novus Biologicals | NB600-1502 | |
| Phosphatase Substrate Kit | Thermo Fisher Scientific, Inc. | 37620 |