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系统性基因传递和转染治疗胰腺癌的B型明胶为基础的设计nanovectors系统(氏族)的开发。他们可以通过与表皮生长因子受体(EGFR)的特异性多肽nanparticles表面改性,表皮生长因子受体受体目标和下降低细胞内谷胱甘肽的浓度高,如环境,释放质粒。
在美国每年超过32000例患者被诊断出患有胰腺癌和相关的疾病是具有非常高的死亡率 1的。存在迫切需要制定小说翻译临床治疗策略,可以提高胰腺癌患者的惨淡生存统计。虽然在癌症基因治疗已经显示出了巨大的承诺,面临的主要挑战是在安全和有效的传递系统,从而导致持续的转基因表达的发展。
明胶是一个最多才多艺的天然生物高分子,广泛应用于食品和医药产品。从我们的实验室以往的研究表明,B型明胶的物理封装的DNA,保存后,细胞内交货的质粒和提高转染效率的超螺旋结构。明胶硫醇,巯基可以被引入到聚合物中,并会fORM纳米粒子,从而稳定整个复杂,一旦二硫键内二硫键被打破,由于在细胞质中的谷胱甘肽存在,有效载荷将发布2-5。聚乙二醇(PEG)的修改氏族,进入体循环,提供长期流通的时间和优先目标,以肿块,由于超的新生血管通透性增强通透性和保留的效果6。有研究表明过度表达的表皮生长因子受体(EGFR)的PANC - 1人类胰腺癌细胞7。为了积极目标胰腺癌细胞株,表皮生长因子受体(EGFR)特异性多肽通过PEG间隔的粒子表面上的共轭。
大多数管理抑癌基因,如野生型p53(WT - P53),恢复在细胞 9的促凋亡的功能都集中在抗肿瘤基因疗法进程 10的机制功能。在胰腺癌,大多数细胞p53蛋白的基因突变,从而导致凋亡活性的损失。引进野生型p53,细胞凋亡可被修复,并进一步触发癌细胞的细胞死亡 11 。
基于上述理由,我们设计了野生型p53基因传递和评估交付效率和PANC - 1细胞的转染表皮生长因子受体靶向肽修饰硫醇盐明胶纳米粒子。
1。质粒DNA封装的表皮生长因子受体有针对性的明胶纳米粒子的制备
2。表皮生长因子受体针对性的纳米粒子的表征
3, 在 PANC - 1胰腺癌细胞的体外转染研究
4。代表性的成果
1。表皮生长因子受体针对性的纳米粒子的合成和Chatacterization
作为该计划在图1表明,表皮生长因子受体靶向肽修饰的纳米粒子合成了。由脱溶剂制备的纳米粒子粒径和Zeta电位的特点。硫醇盐明胶制备的平均粒径和表面电荷的粒子表1列出了不同程度的硫醇。不同的纳米粒子的平均粒径是150-250纳米之间。硫醇盐纳米粒子具有更小的尺寸相比,明胶纳米粒子,可能是由于颗粒内的二硫键形成。不同的表面改性,纳米粒子的大小也随之增加。不同配方的Zeta电位-20毫伏左右。扫描电镜分析,观察的大小,表面形貌和纳米粒子的球形和相应的激光粒度仪的结果。明胶纳米粒子和硫醇盐明胶纳米粒子的DNA装载效率均高于95%(见表1)。
图1。化学反应计划,说明与表皮生长事实上硫醇盐明胶纳米粒子的表面改性R受体(EGFR)的结合肽通过聚乙二醇(PEG)的间隔。
表征纳米粒子
制定 | 纳米粒子的直径(NM) | Zeta电位值(mV) | 质粒DNA装载效率(%) |
凝胶NP | 151.4 ± 23.5 | -17.1 ± 5.23 | 95.6 ± 2.2 |
SH - 凝胶NP | 132.6 ± 17.9 | -24.6 ± 5.16 | 97.0 ± 3.8 |
SH -凝胶PEG | 179.0 ± 30.9 | -22.3 ± 9.50 | 95.8 ± 6.5 |
SH - 凝胶PEG肽 | 230.8 ± 41.5 | -18.1 ± 4.02 | 94.8 ± 5.1 |
打鼓表1控制和表皮生长因子受体有针对性的明胶和硫醇盐明胶纳米粒子的粒径,表面电荷,质粒DNA包封。
高分辨率的 C 1s扫描电子能谱化学分析(ESCA)是用来分析表面的硫醇盐明胶(SH凝胶NP),PEG修饰硫醇盐明胶(SH -凝胶PEG)和表皮生长因子受体的组成部分,针对肽修饰硫醇盐明胶纳米粒子(SH - 凝胶PEG肽)。表2结果表明,CH(碳氢化合物),CO(乙醚),和C = O(羰基)组峰强度为285.0,286.3,和288.1 eV的分别。醚CO信号增加PEG修饰后的肽共轭下降之后。虽然有所减少氮组成的PEG修饰后,后证实纳米粒子的存在表皮生长因子受体靶向肽肽修改,增加。 ESCA分析,进一步证实了PEG与多肽的表面改性。
颗粒表面化学成分分析的电子能谱
制定 | 的C 1s(%) | 的O 1s(%) | ñ 1S(%) |
SH - 凝胶NP | 59.3 ± 0.8 | 22.9 ± 0.5 | 12.9 ± 0.1 |
SH -凝胶PEG | 58.2 ± 0.6 | 28.0 ± 1.2 | 9.5 ± 0.7 |
SH - 凝胶PEG肽 | 56.7 ± 0.8 | 25.9 ± 0.7 | 12.3 ± 0.6 |
制定 | CC(%) | CO,N(%) | C = O(% ) |
SH - 凝胶NP | 51.5 | 26.6 | 21.9 |
SH -凝胶PEG | 17.1 | 63.1 | 19.8 |
SH - 凝胶PEG肽 | 33.1 | 42.8 | 24.1 |
表2,C 1S高分辨率扫描电子能谱化学分析(ESCA)
为了考察封装质粒的稳定性,纳米粒子治疗,与蛋白酶或DNA酶分别simuntaneously或顺序。电泳后,在图2的结果表明,封装在所有的纳米颗粒的质粒DNA是由纳米粒子和稳定,可比裸质粒DNA保护。这些研究表明,所有这些纳米颗粒可以封装和封装后保留的质粒结构。
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图2。硫醇盐明胶包裹的质粒DNA的稳定性,PEG修饰硫醇盐明胶,和表皮生长因子受体肽修饰的琼脂糖凝胶电泳硫醇盐明胶纳米粒子。纳米粒子分别用0.2毫克/毫升的蛋白酶,证明质粒DNA在纳米粒子的矩阵封装
2。基线胰腺癌细胞的表皮生长因子受体表达
两个人胰腺癌细胞株(PANC - 1和CAPAN - 1)EGFR表达的免疫印迹分析。人卵巢腺癌(SKOV3)和小鼠成纤维细胞((NIH - 3T3)细胞被选中作为阳性和阴性对照,β-肌动蛋白是蛋白质负荷控制分析。PANC - 1细胞表现出更高的EGFR表达CAPAN - 1相比然后用此细胞株在体外研究中的下列
3。细胞毒性控制和SurfaCE改性的硫醇盐明胶纳米粒子
为了评估纳米粒子的细胞相互作用,细胞毒性实验进行了纳米粒子治疗后。根据图3中的结果,在控制和表面改性的纳米粒子是相对安全和生物相容性PANC - 1细胞,即使在高浓度比较裴。 1mg/ml的纳米粒子进行了以下研究。
图3。百分比作为制定纳米粒子浓度PANC - 1细胞功能的细胞活力,四氮唑染料(MTS)检测评价
4。 PANC - 1细胞受体介导的细胞摄取
为了确认表面的表皮生长因子受体靶向肽和受体介导的endocytotic纳米粒子吸收的辅助功能,系统设计的标签每个合作mponent用不同的荧光纳米粒子在细胞中的吸收和贩运的可视化。有了这个标签制度,质粒DNA,纳米粒子和细胞核可确定。使用激光扫描共聚焦荧光显微镜是从15分钟至6小时,采取不同时间点的图像。通过比较不同配方的图像,共轭肽明胶纳米粒子显示,在30分钟内快速吸收和质粒释放。这一结果进一步证明,表皮生长因子受体肽共轭纳米粒子经历与表皮生长因子受体的肽和表皮生长因子受体受体细胞表面上,这是快得多之间的快速互动,促进内吞作用,相比其他粒子,接受非特定的内吞作用。
细胞的运输研究
图4共聚焦荧光显微镜。alysis的PANC - 1细胞的DNA封装的纳米粒子吸收和贩运。 (红色=罗丹明标记的纳米粒子,绿色= PicoGreen的标记质粒DNA,和蓝色的DAPI标记细胞核)。激光功率少7倍,在降低面板的最后四个数字。
5。定性和定量体外转染增强型绿色荧光蛋白
在图5和图6荧光显微镜分析,酶联免疫吸附被用来衡量在PANC - 1细胞后管理,经过修改,PEG修饰和表皮生长因子受体肽修饰硫醇盐明胶纳米粒子的定性和定量GFP转染效率。表皮生长因子受体针对性的纳米粒子交付质粒GFP表达的最高水平后48小时内,相对于其他控件,包括脂质体复合物的DNA。
图5 GFP的表达。用ELISA nalyzed绘制时间后管理控制和表皮生长因子受体针对性的纳米粒子的质粒DNA功能。
荧光显微分析GFP的转
图6。epifluoresence显微镜的PANC - 1细胞的绿色荧光蛋白表达与EGFP - N1 24,48,72和96小时后转染后的定性分析。脂质体- DNA复合物被用来作为阳性对照。
6。PANC - 1细胞在体外转染野生型p53质粒
野生型p53质粒PORF - hp53 EF -1α/ HTLV病毒的混合子, 从大肠杆菌提取大肠杆菌和封装成纳米粒子研究细胞凋亡的治疗效果。 PANC - 1细胞治疗颗粒为6小时和另外24个后转,48,72和96小时。
由于P53能诱导细胞凋亡,为了完成这个功能,将涉及许多下游的转录因子直接由野生型p53的表达调节。其中,Bax和caspase - 3的,caspase - 9的,DR5,彪马和APAF - 1,受p53的表达,而Bcl - 2的,生存将下调。为了研究这些转录因子的水平,mRNA的提取PANC - 1细胞转染后48小时后进行RT - PCR。凝胶电泳的产品进行了评价和乐队与ImageJ分析。根据图7显示的结果,survivin的显着下降与表皮生长因子受体有针对性的其他治疗方法相比,硫醇盐明胶纳米粒子治疗,没有明显的变化是BCL - 2,Bax和caspase - 3表达,caspase - 9的,DR5,彪马和APAF 1increased针对性的纳米粒子治疗。
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图7。下游因素,WT - p53表达的mRNA水平,用RT - PCR相比,转染后48小时后。
野生型p53基因转染后,染色质凝聚/膜通透性/死细胞凋亡试剂盒是用来区分细胞凋亡,坏死细胞和活细胞与不同的染料。 iCys研究从CompuCyte成像仪(韦斯特伍德,MA)被用来进行分析和比较,治疗后细胞凋亡水平。阴性对照相比,细胞凋亡倍的变化,计算,并在图8中列出。表皮生长因子受体有针对性的硫醇盐明胶nanopaticles显示后转染后的最高的细胞凋亡的人口。的caspase 3 / 7活性的分析还表明,表皮生长因子受体针对性的纳米粒子迅速内化和PANC - 1细胞凋亡活性最高水平。
图8:在控制野生型p53的促凋亡活性的流式细胞仪分析转染PANC - 1细胞使用iCys °成像流式细胞仪
控制和表皮生长因子受体有针对性的硫醇盐明胶纳米粒子的制备与高效的DNA封装和稳定。所有这些系统的粒径在150-250 nm的范围内。 Zeta电位已经证明,这个系统是一个稍微负的系统。纳米粒子的大小随着扫描电镜分析,激光粒度仪的结果相同。 ESCA分析,可以确认PEG和肽表面改性。
Western blot分析表明,PANC - 1细胞有高EGFR表达水平,此细胞株在体外研究中使用。在控制和表面改性的纳米粒子在PANC - 1细胞相对较少的细胞毒性相比,爱德华王子岛。
细胞贩运研究表明针对性的纳米粒子在PANC - 1细胞表皮生长因子受体的质粒快速吸收和释放。报告质粒DNA与表皮生长因子受体针对性的纳米粒子表达的交付导致最高水平的GFP的表达相对其他控制系统,包括脂质体复合物的DNA。与同一个系统,与野生型p53质粒转染引发下游的细胞凋亡途径和诱导PANC - 1细胞快速凋亡。
这些初步结果表明,表皮生长因子受体有针对性的硫醇盐明胶纳米粒子可以作为一个安全,高效的DNA传递系统治疗胰腺癌的基因治疗。
没有利益冲突的声明。
这项研究是由美国国家癌症研究所的纳米技术联盟,为癌症的癌症纳米技术卓越中心(CCNE)授予U54 - CA151881的支持。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
试剂名称 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
B型明胶,布卢姆225 | Sigma - Aldrich公司 | G9391 | |
2 iminothiolane盐酸 | Sigma - Aldrich公司 | I6256 | |
以pEGFP - N1质粒 | 琳生物制药 | N / A | |
PORF - hp53大肠杆菌 | Invivogen | PORF - hp53 | |
乙二醛溶液(40wt.%H 2 O) | Sigma - Aldrich公司 | 128465 | |
甘氨酸 | Sigma - Aldrich公司 | 410225 - 250G | |
QIA过滤质粒兆丰套件 | Qiageñ | 12281 | |
贝克曼乐80K超速离心机 | 贝克曼 | N / A | |
自由贸易区6升控制台冷冻干燥系统 | Labconco | 7753020 | |
MPEG - SCM,MW 2000大 | Laysan | MPEG - SCM - 2K - 1G | |
MAL - PEG - SCM,分子量2000大 | Jenkem技术 | A5001 - 1 | |
纳米激光粒度仪 | 马尔文 | 纳米激光粒度仪安芷生 | |
日立4800场发射扫描电子显微镜 | 日立 | S - 4800 UHR FE - SEM | |
QUANT - IT PicoGreen dsDNA抗体试剂和试剂盒 | Invitrogen公司 | P7589 | |
脂质体转染试剂 | Invitrogen公司 | 18292011 | |
DMEM培养液 | Mediatech cellgro | 10 013厘米 | |
的RPMI | Mediatech cellgro | 50 020 PB | |
皮尔斯BCA蛋白检测试剂盒 | Thermo Scientific的 | 23225 | |
iBlot干杂交系统 | Invitrogen公司 | IB1001 | |
XCell SureLock迷你细胞和XCell第二杂交模块套件CE标志 | Invitrogen公司 | EI0002 | |
皮尔斯的ECL西方印迹基板 | Thermo Scientific的 | 32109 | |
柯达数字化X射线标本(DXS)系统 | 柯达 | N / A | ; |
CellTiter 96 ueous AQ的一个解决方案细胞增殖实验(MTS) | Promega公司 | G3580 | |
百特SynergyHT酶标仪 | 百特 | N / A | |
Nanodrop 2000 | Thermo Scientific的 | N / A | |
一步法RT - PCR试剂盒 | Qiagen公司 | 210212 | |
染色质凝聚/膜通透性/死细胞凋亡试剂盒 | Invitrogen公司 | V23201 | |
APO - ONE均质的caspase - 3 / 7检测试剂盒 | Promega公司 | G7790 | |
Hybaid PCR扩增Sprint的热循环仪 | Thermo Scientific的 | N / A | |
表皮生长因子受体抗体 | 细胞信号 | 2232 | |
β-肌动蛋白抗体 | 细胞信号转导 | 4967 | |
抗兔IgG,HRP联抗体 | 细胞信号转导 | 7074 | |
鼠单克隆GFP抗体 | Novus公司生物制品 | NB600 - 597 | |
山羊多克隆GFP抗体(碱性磷酸酶) | Novus公司生物制品 | NB600 - 1502 | |
磷酸酶底物包 | Thermo Scientific的 | 37620 |
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