Evaluation von polymeren Gene Delivery-Nanopartikeln durch Nanopartikel Tracking-Analyse und High-throughput Durchflusszytometrie
Summary
Ein Protokoll für Nanopartikel Tracking-Analyse (NTA) und High-Throughput-Durchflusszytometrie, polymere Gentransfer Nanopartikel evaluieren beschrieben. NTA eingesetzt wird, um die Nanopartikel Teilchengrößenverteilung und das Plasmid pro Teilchenverteilung charakterisieren. High-throughput Durchflusszytometrie erlaubt die quantitative Transfektion Wirksamkeitsnachweis für eine Bibliothek der Gentransfer Biomaterialien.
Abstract
Nicht-virale Gentransfer unter Verwendung von polymeren Nanopartikeln als attraktiver Ansatz für Gentherapie zur Behandlung genetischer Krankheiten 1 und als Technologie für die regenerative Medizin 2 entstanden. Im Gegensatz zu Viren, die erhebliche Sicherheitsprobleme haben, können Polymernanopartikel gestalten als nicht-toxisch, nicht-immunogenen, nicht-mutagen, leichter zu synthetisieren, chemisch vielseitig für die Beförderung von Fracht größeren Nukleinsäure und biologisch abbaubare und / oder ökologisch anspricht werden. Kationischen Polymeren mit negativ geladenen DNA über elektrostatische Wechselwirkung auf Komplexe in der Größenordnung von 100 nm, die üblicherweise polymere Nanoteilchen bezeichnet bilden selbst zusammen. Beispiele von Biomaterialien verwendet werden nanoskalige polykationischen Genabgabe Nanopartikel bilden, umfassen Polylysin, Polyphosphoester, Poly (Amidoamine) s und Polyethylenimin (PEI), welches ein nicht-abbaubaren off-the-shelf kationisches Polymer ist üblicherweise für Nukleinsäurelieferung 1,3 verwendet. Poly (beta-aminoEster) s (PBAEs) sind eine neuere Klasse von kationischen Polymeren, die hydrolytisch abbaubare 4 5,6 sind und es wurde gezeigt, die bei Gentransport zu hart zu transfizierende Zelltypen wie menschlichen retinalen Endothelzellen (HRECs) 7 wirksam, Maus Brustepithelzellen 8, menschliche Gehirn Krebszellen 9 und makrovaskuläre (humane Nabelschnur, HUVECs) Endothelzellen 10.
Ein neues Protokoll zu polymeren Nanopartikel nutzen Nanopartikel Tracking-Analyse (NTA) charakterisieren beschrieben. In diesem Ansatz wird sowohl die Korngrößenverteilung und die Verteilung der Anzahl von Plasmiden pro Partikel 11 erhalten. Zusätzlich wird ein Hochdurchsatz-96-Well-Platte für Transfektions-Assay schnelle Screening der Transfektion Wirksamkeit von polymeren Nanopartikeln vorgestellt. Bei diesem Protokoll, Poly (beta-Aminoesters) s (PBAEs) als Modell Polymeren und menschlichen retinalen Endothelzellen (HRECs) verwendet werden als mo benutztdel menschlichen Zellen. Dieses Protokoll kann leicht angepasst werden, um jegliche polymere Nanoteilchen und eine beliebige Zellart von Interesse in einer Multiwellplatte Format auswerten.
Introduction
Die Bestimmung der Anzahl von Plasmiden pro Nanopartikel komplexiert ist eine wirksame Nanopartikel-Genabgabe Strategien, insbesondere zum Zusammenwirken Bereitstellung von mehreren Plasmiden zur selben Zelle Target gestalten, wie es oft in Stammzelle Umprogrammierung Studien 12 erforderlich. Einige Ansätze, um die Anzahl von Plasmiden mit einer einzelnen Nanopartikel assoziiert berechnen beschrieben worden sind, und jeder Ansatz hat Nachteile in den Techniken zur Abschätzung 13-16 verwendet. Quantenpunkt (QD) Markierung mit TEM kombiniert wurde verwendet, um Plasmide pro Teilchen in Chitosan basierende Nanopartikel abzuschätzen. Die Möglichkeit, dass verkapselte unmarkierten DNA nicht direkt erfasst;; potentiell überlappenden Plasmiden und QD in den 2D-TEM-Aufnahmen der Partikel; Schätzung mit diesem QD Technik ist aufgrund der Notwendigkeit, die DNA, die ihre Selbstorganisation Eigenschaften verändern kann beschriften kompliziert und anderen vereinfachenden Annahmen 13. Ein alternativer Ansatz, a istpplicable wenn bestellt Mikrodomänen in den Teilchen vorhanden sind verwendet worden, um Lipopolyamin-DNA-Komplexe mittels Kryo-Transmissionselektronenmikroskopie (Cryo-TEM), Röntgenstreuung und dynamische Lichtstreuung (DLS) 14,15 studieren. Leider sind Materialien wie die polymeren Nanopartikel hier untersuchten entfällt bei dieser Methode. In einer anderen Studie verwendet Collins et al eine Strömung Teilchenfluß-Bildanalyse Technik zu studieren (Lys) 16-enthaltende Peptid / DNA-Komplexen;. Jedoch ihre Methode nur auswerten größeren, Mikrometergröße Partikel 16. Somit haben wir kürzlich entwickelte eine neuartige flexible Assay, um die Anzahl von Plasmiden pro Nanopartikel 11 quantifizieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Protokolle über beschreiben Verfahren zur Bewertung der Wirksamkeit der Transfektion von Nanopartikel-Formulierungen sowie einen Weg, um die Teilchengröße und DNA Beladung der Nanopartikel zu charakterisieren. Die Anzahl von Plasmiden pro Partikel ist ein wichtiger Parameter, der zur Vorhersage der Wirksamkeit der Partikel kann und kann auch für Dosisermittlung verwendet werden. Nanopartikel Tracking-Analyse kann in einem Bereich von unterschiedlichen wässrigen Lösungen, wie solche, die sich in der Salzkonzent…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Die Autoren danken der TEDCO MSCRF (2009-MSCRFE-0098-00) und NIH R21CA152473 für die Unterstützung.
Materials
| Reagent | |||
| Phosphate Buffered Saline, 1x (PBS) | Invitrogen | 10010 | |
| EGM-2MV BulletKit | Lonza | CC-3202 | |
| Trypsin | Invitrogen | 25300 | |
| Sodium acetate buffer | Sigma-Aldrich | S7899 | Dilute to 25mM in deionized water |
| Dimethyl sulfoxide | Sigma-Aldrich | 276855 | |
| pEGFP DNA | Elim Biopharmaceuticals | NA | |
| DsRed DNA | Addgene | 21718 | |
| PEI, branched | Sigma-Aldrich | 408727 | |
| CellTiter 96 AQueous One | Promega | G3580 | |
| Materials | |||
| Clear flat bottom 96-well plate, sterile | Sarstedt | 82.1581.001 | |
| Clear round bottom 96-well plate, sterile | Sarstedt | 82.1582.001 | |
| 12-channel Finnpipette | Thermo Scientific | NA | 5-50 and 50-300 μl |
| Fluorescence Microscope | Zeiss | NA | Model number: AX10 |
| C6 Accuri flow cytometer | BD Biosciences | NA | |
| HyperCyt attachment | Intellicyt | NA | |
| NS500 | Nanosight | NA |
References
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