कई चिकित्सीय अनुप्रयोगों के शरीर में सेलुलर बाधाओं को पार दवा वाहक और उनके सामानों की सुरक्षित और कुशल परिवहन की आवश्यकता होती है. यह लेख ऐसे जठरांत्र (सैनिक) उपकला के रूप में सेलुलर बाधाओं को पार दवा nanocarriers (NCS), के परिवहन की दर और तंत्र का मूल्यांकन करने के तरीकों की स्थापना के एक अनुकूलन का वर्णन करता है.
उप सुक्ष्ममापी वाहक (nanocarriers, NCS) विलेयता, स्थिरता, परिसंचरण समय, लक्ष्यीकरण, और रिलीज में सुधार के द्वारा दवाओं की प्रभावकारिता बढ़ाने के लिए. साथ ही, शरीर में सेलुलर बाधाओं से गुजर हस्तक्षेप की जरूरत है जहां ऊतकों में रक्त से रक्त परिसंचरण और परिवहन में चिकित्सीय NCS के दोनों मौखिक प्रसव के लिए महत्वपूर्ण है. सन्निकट कक्षों, या (ii) transcellular सेल शरीर के पार पहुँचाया माल endocytosis से भली भाँति रहे हैं जहां मार्ग,,, और स्रावित गूंथ कि जंक्शनों की क्षणिक व्यवधान के माध्यम से (i) paracellular मार्ग: सेलुलर बाधाओं को पार नेकां परिवहन द्वारा हासिल की है विपरीत कोशिका की सतह (transyctosis) पर. सेलुलर बाधाओं को पार डिलिवरी परिवहन में शामिल सेल सतह मार्करों के लिए विशेष रूप से है कि बाँध को लक्षित एजेंटों के साथ चिकित्सा विज्ञान या उनके वाहक युग्मन द्वारा मदद की जा सकती. यहाँ, हम whi एक मॉडल सेल बाधा पार हद और नेकां के परिवहन की व्यवस्था है, को मापने के लिए तरीके प्रदानचर्चा एक transwell डालने में स्थित एक झरझरा झिल्ली पर हो जठरांत्र की एक monolayer (सैनिक) उपकला कोशिकाओं के होते हैं. एक पारगम्यता बाधा के गठन transepithelial विद्युत प्रतिरोध (तीर), एक नियंत्रण पदार्थ के transepithelial परिवहन, और तंग जंक्शनों के immunostaining को मापने के द्वारा की पुष्टि की है. एक उदाहरण के रूप में, ~ 200 एनएम बहुलक NCS एक चिकित्सकीय माल ले और एक सेल सतह निर्धारक कि लक्ष्य एक एंटीबॉडी के साथ लेपित हैं, जो उपयोग किया जाता है. एंटीबॉडी या चिकित्सकीय कार्गो रेडियो आइसोटोप पता लगाने के लिए 125 मैं के साथ लेबल है और लेबल NCS समय के अलग अवधि के लिए सेल monolayer के ऊपर ऊपरी सदन में जुड़ जाते हैं. अंतर्निहित कक्ष तक ले जाया कोशिकाओं और / या करने के लिए संबद्ध NCS पता लगाया जा सकता है. नि: शुल्क 125 मैं के मापन अपमानित अंश का घटाव की अनुमति देता है. paracellular मार्ग ऊपर वर्णित बाधा मापदंडों को नेकां परिवहन की वजह से संभावित परिवर्तनों के निर्धारण से मूल्यांकन किया है. Transcellular परिवहन मैंendocytosis और transcytosis रास्ते modulating के प्रभाव को संबोधित द्वारा निर्धारित है.
बाहरी वातावरण और आंतरिक डिब्बों के बीच एक प्रवेश द्वार के रूप में शरीर अधिनियम में सेलुलर बाधाओं. यह जठरांत्र (सैनिक) पथ और खून 1-3 की बाह्य उजागर सतह को अलग उपकला अस्तर के लिए मामला है. सेलुलर बाधाओं को भी खून और पैरेन्काइमा और ऊतकों और अंगों के सेलुलर घटकों के बीच इंटरफेस का प्रतिनिधित्व करते हैं. शरीर में इन सेलुलर बाधाओं को पार करने की क्षमता चिकित्सीय और नैदानिक एजेंटों के कुशल प्रसव के लिए महत्वपूर्ण है 1 इस तरह के आदि रक्त फेफड़ों बाधा, रक्त मस्तिष्क बाधा के रूप में रक्त वाहिकाओं में आंतरिक endothelial अस्तर के लिए मामला है हस्तक्षेप की जरूरत है जहां परिसंचरण और ऊतकों / अंगों में.
चिकित्सीय या नैदानिक एजेंटों के वितरण में सुधार करने के लिए, इन यौगिकों उप सुक्ष्ममापी nanocarriers (NCS) में लोड किया जा सकता है. ये दवा वितरण वाहनों एक किस्म के साथ तैयार किया जा सकता हैchemistries और दवा विलेयता, सुरक्षा, फार्माकोकाइनेटिक्स, रिहाई, और चयापचय 4,5 अनुकूलन करने के लिए संरचनाओं. NCS भी चिकित्सकीय कार्रवाई 2,6 आवश्यक है जहां शरीर के क्षेत्रों के लिए आसंजन की सुविधा के लिए आत्मीयता या (आदि जैसे एंटीबॉडी, पेप्टाइड्स शक्कर, aptamers,) moieties को निशाना बनाने के साथ क्रियाशील किया जा सकता है. सेलुलर बाधाओं की सतह पर व्यक्त निर्धारकों को NCS का लक्ष्य निर्धारण आगे 2,6 में और / या इन अस्तर भर में परिवहन सुविधा कर सकते हैं.
चुनिंदा दो वातावरण के बीच पदार्थों के परिवहन की भूमिका सेल परतों के बीच कुछ अनूठी विशेषताओं की आवश्यकता है. Cavities के लुमेन का सामना करना पड़ शिखर झिल्ली झिल्ली आकारिकी और लिपिड, ट्रांसपोर्टरों, और रिसेप्टर्स 2 की संरचना के संबंध में, ऊतक interstitium की ओर उन्मुख basolateral झिल्ली से भिन्न होता है जिससे एक ऐसी सुविधा है, सेल polarity है. एक अन्य विशेषता कहनेवाला सन्धि शामिलआसन्न कोशिकाओं को जोड़ने एनएस. तंग जंक्शनों, विशेष रूप से junctional आसंजन अणुओं (जाम), occludins, और claudins कि फार्म प्रोटीन का नियमन करने के लिए लुमेन से सामग्री के पारित होने की अनुमति चुनिंदा paracellular परिवहन के रूप में जाना जाता है कोशिकाओं के बीच पदार्थों के परिवहन की अनुमति है या नहीं करने के लिए बाधा समारोह मिलाना basolateral अंतरिक्ष 3. शरीर में सेलुलर बाधाओं को कई प्राकृतिक और सिंथेटिक तत्वों (leukocytes, अणु, कण, और दवा वितरण प्रणाली) की बाइंडिंग, इसलिए, के उपयोग के साथ असुरक्षित क्षणिक और अपेक्षाकृत अहानिकर या अधिक लंबे समय तक हो सकता है और हो सकता है, जो सेल जंक्शन खोलने के लिए प्रेरित कर सकते हैं बाधा 2,5,7-9 भर अवांछित पदार्थ. नतीजतन, इस मार्ग transepithelial विद्युत प्रतिरोध (तीर) और अणुओं के निष्क्रिय paracellular प्रसार (यहाँ बुलाया paracellular रिसाव) को मापने के द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है, जिसके तहत एक बिजली के वर्तमान या एक ine की वृद्धि की paracellular रिसाव के लिए प्रतिरोध की कमी हुईbasolateral अंतरिक्ष में आर टी यौगिक सेल जंक्शनों के उद्घाटन से संकेत मिलता है, क्रमशः 5,10,11. धुंधला सभी सेल परिधि 5,10,12 के आसपास सेल सेल सीमाओं पर ध्यान केंद्रित प्रदर्शित होना चाहिए जहां इन तरीकों के पूरक हैं, ऊपर सूचीबद्ध तंग जंक्शन प्रोटीन के किसी भी, उनकी ईमानदारी का आकलन करने के लिए कलंकित किया जा सकता है.
वैकल्पिक रूप से, इस तरह के क्लैथ्रिन लेपित गड्ढ़े या caveolae बुलाया कुप्पी के आकार झिल्ली invaginations, के लिए जुड़े लोगों के रूप में विशेष सेल सतह निर्धारकों, लक्ष्य है कि दवा वितरण प्रणाली, intracellular डिब्बों से 5 दवा वितरण के लिए एक अवसर प्रदान करने, endocytosis द्वारा कोशिकाओं में vesicular तेज गति प्रदान कर सकते 13. इसके अलावा, endocytosis basolateral पक्ष में रिलीज, transyctosis के रूप में जाना जाता घटना, या transcellular परिवहन के लिए 14 सेल शरीर भर vesicles की तस्करी करने के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. इसलिए, endocytosis के कैनेटीक्स और तंत्र का ज्ञान intracellular एक का फायदा उठाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता हैएन डी paracellular मार्ग की तुलना में प्रसव के एक अपेक्षाकृत सुरक्षित और नियंत्रित मोड प्रदान करता है जो transcellular दवा वितरण के लिए. endocytosis के तंत्र शास्त्रीय रास्ते (क्लैथ्रिन और caveolin की मध्यस्थता endocytosis, और macropinocytosis) या गैर शास्त्रीय मार्गों की modulators के साथ मूल्यांकन किया जा सकता है (जैसे कोशिका आसंजन अणु के मामले के रूप में (सीएएम) की मध्यस्थता endocytosis) 5,13,15 .
Intracellular तस्करी अक्सर मानक कुओं या coverslips में अध्ययन किया है, जबकि एक basolateral डिब्बे के अभाव सेल ध्रुवीकरण और सेल परतों में परिवहन अध्ययन करने की क्षमता अलग करता है. इस बाधा को दूर करने के लिए, सेल monolayers भर में परिवहन लंबे transwell एक ऊपरी (शिखर) कक्ष, कक्षों देते हैं और एक तंग monolayer फार्म जहां एक झरझरा पारगम्य झिल्ली से मिलकर जो, 10,11,16,17 सम्मिलित करता है, और एक कम उपयोग कर अध्ययन किया गया है (basolateral) कक्ष (चित्रा 1). इस विन्यास में, परिवहन में मापा जा सकता हैशिखर करने वाली basolateral, ऊपरी सदन में एक इलाज के प्रशासन सेल monolayer और अंतर्निहित झरझरा झिल्ली के माध्यम से परिवहन के बाद, और अंत में पहुँचाया माल की मात्रा का ठहराव के लिए निचले सदन में मध्यम इकट्ठा करके दिशा. Basolateral करने वाली शिखर दिशा में परिवहन भी ऊपरी सदन 5,10,12,16 से निचले सदन और बाद में संग्रह करने के लिए प्रारंभिक प्रशासन द्वारा मापा जा सकता है. विभिन्न तकनीकों से ऊपर वर्णित के रूप में, तीर और paracellular परिवहन assays सहित transwells, पर पारगम्यता बाधा के गठन को सत्यापित करने के लिए मौजूद हैं. इसके अलावा, कोशिकाओं सुसंस्कृत हैं, जिस पर पारगम्य फिल्टर, (प्रतिदीप्ति, confocal, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी द्वारा जैसे) इमेजिंग विश्लेषण के लिए हटाया जा सकता है आगे सेल monolayer मॉडल के सत्यापन के साथ ही परिवहन के तंत्र के रूप में. विभिन्न ताकना आकार, सामग्री, और सतह के क्षेत्रों में उपलब्ध है जो झिल्ली प्रकार, का चयन, विभिन्न वास्तविक पर निर्भर करता हैऐसे पदार्थों का आकार या जाया जाएगा वस्तुओं, सेल प्रकार, और इमेजिंग विधि 16,18-20 रुपये. Transwell आवेषण भी कक्षों और कोशिका की सतह क्षेत्र की मात्रा स्थिरांक में जाना जाता है के रूप में जटिल स्तनधारी प्रणालियों की तुलना में परिवहन के नियंत्रण में है और सही मात्रा का ठहराव की सुविधा. Vivo में वितरण में शामिल कई कारकों आदि आंत्र बलगम की उपस्थिति, कतरनी तनाव, पाचन एंजाइमों, प्रतिरक्षा कोशिकाओं, सहित, समाप्त हो जाते हैं, वहीं इन विट्रो मॉडल में यह छोटे पैमाने पर परिवहन के संबंध में उपयोगी प्रारंभिक जानकारी प्रदान करता है.
सेलुलर बाधाओं 10,11,16,17 भर नेकां परिवहन अध्ययन करने के लिए इन तरीकों का अनुकूलन वर्णन करने के लिए एक उदाहरण के रूप में, हम यहां सैनिक उपकला भर में नेकां के परिवहन के लिए संभावित एक मॉडल दवा वितरण के पारित होने का आकलन करने से मॉडलिंग की थी, जहां एक मामले का वर्णन मानव उपकला कोलोरेक्टल ग्रंथिकर्कटता (Caco -2) कोशिकाओं की एक monolayer के माध्यम से प्रणाली. इस उद्देश्य, सी के लिएएल्स पारदर्शी है और माइक्रोस्कोपी इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, जो एक 0.8 माइक्रोन रोमकूप पॉलीथीन terephthalate (पीईटी) फिल्टर (6.4 मिमी व्यास), पर, transwell आवेषण में सुसंस्कृत थे. पारगम्यता बाधा की स्थिति तीर, एक नियंत्रण पदार्थ, albumin, और तंग जंक्शनों, occludin प्रोटीन का एक तत्व के प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी दृश्य के शिखर से basolateral परिवहन मापने के द्वारा मान्य है. लक्षित बहुलक नेकां के एक मॉडल 100 एनएम, nonbiodegradable polystyrene नैनोकणों से मिलकर प्रयोग किया जाता है. NCS सतह अकेले एक को लक्षित एंटीबॉडी के साथ सोखना या एक को लक्षित एंटीबॉडी का एक संयोजन और घटक या तो रेडियो आइसोटोप पता लगाने के लिए 125 मैं के साथ लेबल किया जा सकता है, जहां एक चिकित्सकीय कार्गो, द्वारा लेपित हैं. चयनित उदाहरण में, एंटीबॉडी कहनेवाला आसंजन अणु -1 (ICAM-1) को पहचानता है, एक प्रोटीन सैनिक उपकला की सतह पर व्यक्त की है (और अन्य) intracellular और transcellular परिवहन ओ सुविधाजनक बनाने के लिए दिखाया गया है जो कोशिकाओं, च दवा वाहक और उनके सामानों 21. कार्गो अल्फा galactosidase (α-लड़की), फेब्री रोग, एक आनुवंशिक lysosomal भंडारण विकार 22 के उपचार के लिए प्रयोग किया जाता एक चिकित्सकीय एंजाइम है.
आकार में लगभग 200 एनएम का लेपित NCS,, समय के अलग अवधि के लिए सेल monolayer के ऊपर शिखर चैम्बर के लिए जोड़ा गया है और 37 डिग्री सेल्सियस पर incubated हैं, जिसके बाद 125 NCS पर मैं सेल monolayer और / या करने के लिए जुड़ा पाया जा सकता है कोशिकाओं नीचे basolateral कक्ष में पहुंचा दिया. नि: शुल्क 125 मैं के अतिरिक्त दृढ़ संकल्प लेपित नेकां परिवहन के अपमानित अंश और आकलन के घटाव की अनुमति देता है. परिवहन की व्यवस्था है और आगे transcellular परिवहन endocytosis और transcytosis के रास्ते modulating जब परिवहन में परिवर्तन का परीक्षण करके निर्धारित किया जाता है, जबकि ऊपर वर्णित मापदंडों के माध्यम से, paracellular मार्ग से संबंधित पारगम्यता बाधा में परिवर्तन का परीक्षण करके मूल्यांकन किया है.
"ontent> इन तरीकों को पूरी तरह सेलुलर बाधाओं को पार दवा वितरण के लिए क्षमता के मूल्यांकन की अनुमति, मूल्यवान सेलुलर बाधा मॉडलों के बारे में जानकारी, एक दवा वितरण प्रणाली के परिवहन की हद और दर, और इस तरह के परिवहन के तंत्र प्रदान करते हैं.ऊपर चर्चा की विधियों का प्रयोग, सेलुलर बाधाओं को पार लक्षित NCS के परिवहन के अध्ययन के लिए एक सेल मॉडल इस तरह के मामले में रक्त में सैनिक लुमेन से परिवहन के मूल्यांकन के लिए प्रासंगिक है जो Caco -2 उपकला कोशिक?…
The authors have nothing to disclose.
इस काम हॉवर्ड ह्यूजेस मेडिकल इंस्टीट्यूट और राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन आरजी के लिए, और स्वास्थ्य (अनुदान R01-HL98416) के राष्ट्रीय संस्थानों और अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन (अनुदान 09BGIA2450014) द्वारा एस एम सम्मानित करने के लिए धन का एक फैलोशिप द्वारा समर्थित किया गया.
Transwell inserts | BD Falcon | 353095 | |
Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM), 1x | Cellgro | 10-013-CM | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Cellgro | 35-015-CV | |
Pen Strep | Gibco | 15140 | |
Human epithelial colorectal adenocarcinoma (Caco-2) cells | ATCC | HTB-37TM | |
125Iodine | Perkin Elmer | NEZ033H002MC | Radioactive hazard |
Phosphate Buffer Saline (PBS) | Gibco | 14190-235 | |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Equitech Bio | BAH-66 | |
Paraformaldehyde (16%) | Fisher Scientific | 15710 | |
Mouse Immunoglobulin G (IgG) | Jackson ImmunoResearch | 015-000-003 | |
Mouse monoclonal antibodies to human ICAM-1 (anti-ICAM) | Marlin 1987 | ||
α-Galactosidase, from green coffee beans | Sigma | G8507-25UN | |
FITC latex beads, 100 nm | Polysciences, Inc. | 17150 | |
Triton X-100 | Sigma | 234729-500ML | |
Trichloroacetic acid (TCA) | Fisher Scientific | SA433-500 | |
Occludin antibody (Y-12), goat polyclonal anti-human | Santa Cruz Biotechnology | Sc-27151 | |
Monodansylcadaverine (MDC) | Sigma | D4008 | |
Filipin | Sigma | F9765 | |
5-(N-ethyl-N-isopropyl) amiloride (EIPA) | Sigma | A3085 | |
Wortmannin | Sigma | W1628 | |
Gamma counter | Perkin Elmer | Wizard2 | |
Volt-ohm meter | World Precision Instruments | EVOM2 | |
TEER electrodes | World Precision Instruments | STX100 | Electrodes available for different well-plates |
Dynamic Light Scattering (DLS) | Malvern | Nano-ZS90 |