Жидкокристаллический наночастицами (LCNP) nanocarrier эксплуатируется в качестве носителя для контролируемой доставки гидрофобного груза к плазматической мембране живых клеток.
Методическая статья
Жидкокристаллический наночастицами (LCNP) nanocarrier эксплуатируется в качестве носителя для контролируемой доставки гидрофобного груза к плазматической мембране живых клеток.
Контролируемая поставка агентов лекарственного средства / визуализации для клеток имеет решающее значение для развития терапевтических средств и для изучения процессов клеточной сигнализации. В последнее время наночастицы (NPS) показали значительные перспективы в развитии таких систем доставки. Здесь жидкокристаллическая НП (LCNP) система доставки основанное была использована для контролируемой доставки нерастворимого в воде краситель, 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine перхлорат (DIO), внутри ядра НП в гидрофобной области плазмы мембранный бислой. Во время синтеза наночастиц, краситель эффективно включен в гидрофобное ядро LCNP, как это было подтверждено с несколькими спектроскопических анализов. Конъюгирование производное холестерина пегилированного к поверхности NP (DIO-LCNP-ПЭГ-Хол) позволило связывание красителя загруженным NPs к плазматической мембране в клетках НЕК 293T / 17. Времяразрешенная лазерной сканирующей конфокальной микроскопии и Ферстер резонансный перенос энергии (FRET) томография подтвердила пропускив оттоку Диу из ядра LCNP и его введения в плазму мембранный бислой. И, наконец, поставка DiO как LCNP-PEG-Чхоль ослабляется цитотоксичность DiO; НП форма DiO выставлены ~ 30-40% меньшую токсичность по сравнению с DiO свободным избавлены от массы раствора. Такой подход демонстрирует полезность LCNP платформы в качестве эффективного механизма для доставки мембраны специфических и модуляции гидрофобных молекул грузах.
С момента появления взаимодействия наноматериалов (материалов ≤ 100 нм, по меньшей мере, в одном измерении) с живыми клетками, постоянная цель состояла в том, чтобы воспользоваться уникальными размерами зависящих от свойств наночастиц (NPS) для различных областей применения. Эти приложения включают клеток и тканей маркировки / обработки изображений (как в пробирке и в естественных условиях), в режиме реального времени зондирования, и контролируемой доставки лекарств и других грузов 1. Примерами таких соответствующих свойств NP включают в себя зависящее от размера эмиссии полупроводниковых нанокристаллов (квантовых точек, квантовых точек); в фототермические свойства наночастиц золота; большая несущая способность водной сердцевины липосом; и баллистическая проводимость углерода аллотропов, такие как одностенных углеродных нанотрубок и графена.
В последнее время значительный интерес возник в использовании NPs для контролируемой модуляции лекарственных средств и других грузов, таких как контраст / построения изображенияджентльмены. Здесь суть заключается в существенно повысить / оптимизировать общую растворимость, обеспеченную дозу, время циркуляции, и в конечном итоге оформление груза наркотиков, поставляя его в качестве препарата NP. Это стало известно как NP-опосредованной доставки лекарств (NMDD), и в настоящее время имеется семь FDA утвержденных лекарственные NP для использования в клинике для лечения различных видов рака и сотни больше на различных стадиях клинических испытаний. По сути, цель состоит в том, чтобы "достичь большего с меньшими затратами;" то есть, чтобы использовать NP как строительные леса , чтобы доставить больше лекарства с меньшим количеством дозирующих администраций, пользуясь большой площади поверхности: объем (например, твердые частицы, такие как КТ и оксидов металлов) ЯЭУ или их большой внутренний объем для загрузки большие грузовые полезных нагрузок (например, липосомы или мицеллы). Целью здесь является снижение необходимости в нескольких системно доставленных режимов дозирования в то время как в то же время продвижения водной стабильности и улучшения циркуляции, в частности, длясложные гидрофобные грузов наркотиков, что, в то время как высокоэффективна, плохо растворимы в водных средах.
Таким образом, цель работы, описанной здесь в том, чтобы определить жизнеспособность с помощью нового NP помост для специфической и контролируемой доставки гидрофобных грузов к липофильной плазматической мембраны бислой. Мотивация для работы была присуща ограниченная растворимость и трудности в доставке гидрофобных молекул в клетки из водной среды. Как правило, доставка таких гидрофобных молекул требует использования органических растворителей (например, ДМСО) или амфифильных поверхностно -активных веществ (например, полоксамеры), которые могут быть токсичными и компромиссом клеток и тканей жизнеспособность 2 или мицеллы носители, которые могут иметь ограниченную внутреннюю нагрузку производственные мощности. NP - носитель выбран здесь был роман жидкокристаллический NP (LCNP) препарат разработан ранее 3 и что было показано ранее для достижения ~ 40 раз Улучшение эффективности противоопухолевого препарата доксорубицина в культивируемых клетках 4.
В работе, описанной в данном документе, представитель грузовой выбранный был потенциометрического мембранного красителя, 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine перхлорат (DIO). DiO представляет собой нерастворимый в воде краситель , который использовался для Антероградный и ретроградной трассировку в живых и фиксированных нейронах, мембранного потенциала измерений, а также для общей мембраны маркировки 5, 6, 7, 8, 9. Благодаря своей гидрофобной природы, DIO , как правило , добавляют непосредственно к монослоев клеток или тканей , в кристаллической форме 10, или его инкубируют при очень высоких концентрациях (~ 1-20 мкМ) после разбавления от концентрации исходного раствора 11, 12.
Содержание "> Здесь подход был применение к LCNP платформе, многофункциональная НП которого внутреннее ядро полностью гидрофобными и поверхность которого одновременно гидрофильными и поддается биоконъюгации, как средство доставки для DiO. DiO встроен в ядро LCNP в процессе синтеза , а поверхность НП затем функционализированные с холестерином фрагментом пегилированного для продвижения мембраны связывания с DIO-LCNP ансамбля к плазматической мембране. Такой подход привел к системе доставки, которая размечены DIO в плазматической мембране с большей точностью и мембранным жительства времени , чем свободная форма Диу избавлены от массы раствора (DIO бесплатно). кроме того, этот метод показал , что LCNP-опосредованной доставки Диу существенно модулирует и гонит скорость конкретного разделения красителя в липофильной плазматической мембраны бислой. Это достигается при одновременном снижении цитотоксичность свободного препарата на ~ 40%, обеспечивая его в качестве препарата LCNP.Предполагается, что методология, описанная здесь, будет мощным позволяет технику для исследователей, работа которых связана или требует сотовой доставки сильно гидрофобного грузов, которые плохо растворимы или полностью не растворяется в водном растворе.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Получение DIO-LCNP и DIO-LCNP-PEG-Чхоль
2. Характеристика DIO-LCNP и DIO-LCNP-PEG-Чхоль
3. Получение клеточных культуральных чашках для экспериментов Доставка и обработка изображений
Примечание: маркировка DIO-LCNP выполняется на НЕК 293T / 17 эмбриональные клетки почки человека (между проходами 5 и 15), которые культивировали , как описано ранее 4. Выполните эксперименты доставки и последующую ячейки изображения, как описано ниже.
4. Клеточная Поставка Дио и DIO-LCNPs и визуализации фиксированных клеток
5. Клеточная Поставка Дио и DIO-LCNPs и FRET изображений в живых клетках
Примечание: В этом методе клетки colabeled с 6 мкМ каждого DIO-LCNP-ПЭГ-ХОЛ (где DiO является донором FRET) и 1,1'-диоктадецил-3,3,3 ', 3'-tetramethylindocarbocyanine перхлорат (DII свободный, где DiI является FRET акцептором). Освобождение DiO от DIO-LCNP-PEG-Чхоль и его включения в мембрану плазмы подтверждается наблюдаемым увеличением передачи энергии от донора к DiO DiI акцептора.
6. цитотоксичности Диу и DIO-LCNPs к НЕК 293T / 17 клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Цитотоксичность материалов DIO-LCNP оценивается с использованием анализа 17 пролиферации тетразолиевую на основе красителя. Клетки культивируют в многоямного пластины в присутствии различных концентраций веществ в условиях, которые имитируют доставки / маркировки. Клетки затем культивировали в течение 72 ч, чтобы обеспечить пролиферации. Краситель (МТС, (3- (4,5-диметилтиазол-2-ил) -5- (3-карбоксиметоксифенил) -2- (4-сульфофенил) -2H-тетразолия) затем добавляют в лунки, и метаболически активными клетки превращают краситель в синий формазана. количество образуемого цвета прямо пропорционально числу жизнеспособных клеток.
7. Анализ данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
LCNPs были подготовлены, в котором был загружен гидрофобное ядро NP с репрезентативной мембраной мечения зонда, чтобы продемонстрировать полезность LCNP как эффективное средство доставки для гидрофобных грузов. С этой целью груз был выбран весьма растворимым в воде потенциометрический мембрана мечение краситель, DIO. DIO-нагруженные LCNPs (DIO-LCNPs) были синтезированы с использованием двухфазной техники мини-эмульсии с химическими компонентами DACTP11, AC10COONa и Dio, как показано на рисунке
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Продолжающееся цель NMDD является контролируемое нацеливание и доставку лекарственных средств для клеток и тканей, в сочетании с одновременным улучшением эффективности лекарственного средства. Один конкретный класс молекул лекарственного средства, для которых это представляет серьезную проблему является гидрофобные агенты лекарства / обработки изображений, которые экономно не растворяются в водной среде. Эта проблема преследует переход сильнодействующих препаратов из ин витро системах клеточных культур в клинич...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа была поддержана Программой финансирования NRL (Base Unit MA041-06-41-4943 работа). ON поддерживается Национальным исследовательским советом докторант Research Associateship.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1-этил-3-(3-(диметиламино)-пропил)карбодиимида гидрохлорид (EDCA) | ThermoFisher | E2247 | |
| 3,3′-диоктадецилоксакарбоцианина перхлорат (DiO) | Sigma Aldrich | D4292-20MG | Hazardous; сделать стоковый раствор в ДМСО |
| Холестерин поли(этиленгликоль) амина гидрохлорид | Nanocs, Inc. | PG2-AMCS-2k | |
| Автоматизированный счетчик ячеек Countess | ThermoFisher | C10227 | |
| Dioctadecyl-3,3,3′ ,3′-тетраметилиндокарбоцианина перхлорат (DiI) | Sigma Aldrich | 468495-100MG | Опасный; сделайте стоковый раствор в DMSO |
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) | ThermoFisher | 21063045 | Warm in 37 ° C перед применением |
| фосфатно-солевого буфера Dulbecco's Buffered (DPBS) | ThermoFisher | 14040182 | подогреть в 37°; C перед использованием |
| прибора динамического рассеяния света | ZetaSizer NanoSeries (Malvern Instruments Ltd., Вустершир, Великобритания) | ||
| Белка крупного рогатого скота фибронектина, плазмы | ThermoFisher | 33010018 | Сделайте стоковый раствор 1 мг/мл с использованием DPBS. Используйте 20-30 & микро; г/мл для покрытия чашки MetTek, 2 часа при 37 °°; C |
| формальдегид (16%, W/V) | ThermoFisher | 28906 | Опасный; разбавлять до 4% с использованием DPBS |
| Эмбриональные клетки почек человека (HEK 293T/17) | American Type Culture Collection | ATCC® CRL-11268&торговля; | |
| Решение для визуализации живых клеток (LCIS) | ThermoFisher | A14291DJ | Warm in 37 °° C перед использованием |
| MatTek 14 мм # 1.0 покровное стекло вставка для клеточной культуры чашка для культивирования | MatTek корпорации | P35G-1.0-14-C | |
| Модифицированная Eagle Medium (DMEM), содержащая 25 мМ HEPES | ThermoFisher | 21063045 | Warm in 37 ° C перед использованием |
| N-гидроксисульфосукцинимид натриевая соль (NHSS) | ThermoFisher | 24510 | |
| Nikon A1si спектральный конфокальный микроскоп | Nikon Instruments | ||
| Trypan Blue Stain (0,4%) | ThermoFisher | T10282 | смешать в качестве 50% к суспензии клеток перед подсчетом потенциала ячеек |
| прибор | ZetaSizer NanoSeries (Malvern Instruments Ltd., Вустершир, Великобритания) | ||
| Ультразвуковой процессор | Sonics and Materials Inc | GEX 600-5 | |
| Mini Cetntrifuge | Benchmark | Mini-fuge-04477 | |
| PD-10 Sephadex™ G-25 Medium | GE Healthcare | 17-0851-01 | |
| Bio-Rad ChemiDoc XRS Imaging System | Bio-RAD | 76S/07434 | |
| Трипсин-ЭДТА (0,25%), феноловый красный | ThermoFisher | 25200056 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение