Name: targeted plasma membrane delivery of a hydrophobic cargo encapsulated in a liquid crystal nanoparticle carrier
Uploaded: 2017-02-08T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier at JoVE.com

この作品は、NRLベース支援プログラム（ワークユニットMA041-06-41-4943）によってサポートされていました。 ONは、国家研究評議会ポスドク研究Associateshipでサポートされています。

DIO-LCNPとDIO-LCNP-PEG-Cholでの調製<ol><li>液晶ジアクリレート架橋剤（DACTP11、45 mg）を溶かし、3,3&#39;- dioctadecyloxacarbocyanine過塩素酸（DIO、2 mg）を、クロロホルム2ml中の重合のためのフリーラジカル開始剤（アゾビスイソブチロニトリル、1 mg）を。アクリレート官能化界面活性剤の水溶液（AC10COONa、7ミリリットル中13ミリグラム）にこれを追加します。 </li><li>水中で重合性界面活性剤に囲まれた?...

<ol>
	<li>Nag, O. K., Field, L. D., Chen, Y., Sangtani, A., Breger, J. C., Delehanty, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+actuation+of+therapeutic+nanoparticles:+an+update+on+recent+progress.">Controlled actuation of therapeutic nanoparticles: an update on recent progress.</a> Ther. Deliv. 7 (5), 335-352 (2016).</li><li>Galvao, J., Davis, B., Tilley, M., Normando, E., Duchen, M. R., Cordeiro, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unexpected+low-dose+toxicity+of+the+universal+solvent+DMSO.">Unexpected low-dose toxicity of the universal solvent DMSO.</a> FASEB J. 28 (3), 1317-1330 (2014).</li><li>Spillmann, C. M., Naciri, J., Anderson, G. P., Chen, M. S., Ratna, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spectral+tuning+of+organic+nanocolloids+by+controlled+molecular+interactions.">Spectral tuning of organic nanocolloids by controlled molecular interactions.</a> ACS Nano. 3 (10), 3214-3220 (2009).</li><li>Spillmann, C. M., Naciri, J., Algar, W. R., Medintz, I. L., Delehanty, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multifunctional+Liquid+Crystal+Nanoparticles+for+Intracellular+Fluorescent+Imaging+and+Drug+Delivery.">Multifunctional Liquid Crystal Nanoparticles for Intracellular Fluorescent Imaging and Drug Delivery.</a> ACS Nano. 8 (7), 6986-6997 (2014).</li><li>Timmers, M., Vermijlen, D., Vekemans, K., De Zanger, R., Wisse, E., Braet, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracing+DiO-labelled+tumour+cells+in+liver+sections+by+confocal+laser+scanning+microscopy.">Tracing DiO-labelled tumour cells in liver sections by confocal laser scanning microscopy.</a> J. Microsc. 208 (Pt 1), 65-74 (2002).</li><li>Mufson, E. J., Brady, D. R., Kordower, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tracing+neuronal+connections+in+postmortem+human+hippocampal+complex+with+the+carbocyanine+dye+DiI.">Tracing neuronal connections in postmortem human hippocampal complex with the carbocyanine dye DiI.</a> Neurobiol Aging. 11 (6), 649-653 (1990).</li><li>K&#246;bbert, C., Apps, R., Bechmann, I., Lanciego, J. L., Mey, J., Thanos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+concepts+in+neuroanatomical+tracing.">Current concepts in neuroanatomical tracing.</a> Prog. Neurobiol. 62 (4), 327-351 (2000).</li><li>Honig, M. G., Hume, R. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dil+and+DiO:+versatile+fluorescent+dyes+for+neuronal+labelling+and+pathway+tracing.">Dil and DiO: versatile fluorescent dyes for neuronal labelling and pathway tracing.</a> Trends Neurosci. 12 (9), 333-341 (1989).</li><li>Gan, W. B., Bishop, D. L., Turney, S. G., Lichtman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Vital+imaging+and+ultrastructural+analysis+of+individual+axon+terminals+labeled+by+iontophoretic+application+of+lipophilic+dye.">Vital imaging and ultrastructural analysis of individual axon terminals labeled by iontophoretic application of lipophilic dye.</a> J. Neurosci. Methods. 93 (1), 13-20 (1999).</li><li>Godement, P., Vanselow, J., Thanos, S., Bonhoeffer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+study+in+developing+visual+systems+with+a+new+method+of+staining+neurones+and+their+processes+in+fixed+tissue.">A study in developing visual systems with a new method of staining neurones and their processes in fixed tissue.</a> Development. 101 (4), 697-713 (1987).</li><li>Ragnarson, B., Bengtsson, L., Haegerstrand, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Labeling+with+fluorescent+carbocyanine+dyes+of+cultured+endothelial+and+smooth+muscle+cells+by+growth+in+dye-containing+medium.">Labeling with fluorescent carbocyanine dyes of cultured endothelial and smooth muscle cells by growth in dye-containing medium.</a> Histochemistry. 97 (4), 329-333 (1992).</li><li>Korkotian, E., Schwarz, A., Pelled, D., Schwarzmann, G., Segal, M., Futerman, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elevation+of+intracellular+glucosylceramide+levels+results+in+an+increase+in+endoplasmic+reticulum+density+and+in+functional+calcium+stores+in+cultured+neurons.">Elevation of intracellular glucosylceramide levels results in an increase in endoplasmic reticulum density and in functional calcium stores in cultured neurons.</a> J. Biol. Chem. 274 (31), 21673-21678 (1999).</li><li>Garrett, R. H., Grisham, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biochemistry. , (2013).</li><li>Berne, B. J., Pecora, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dynamic Light Scattering. , 41155-41159 (2000).</li><li>Kremers, G. J., Piston, D. W., Davidson, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Basics of FRET Microscopy. , (2016).</li><li>Chen, H., Kim, S., Li, L., Wang, S., Park, K., Cheng, J. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+of+hydrophobic+molecules+from+polymer+micelles+into+cell+membranes+revealed+by+Fo&#776;rster+resonance+energy+transfer+imaging.">Release of hydrophobic molecules from polymer micelles into cell membranes revealed by Fo&#776;rster resonance energy transfer imaging.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 6596-6601 (2008).</li><li>Campling, B. G., Pym, J., Galbraith, P. R., Cole, S. P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+the+MTT+assay+for+rapid+determination+of+chemosensitivity+of+human+leukemic+blast+cells.">Use of the MTT assay for rapid determination of chemosensitivity of human leukemic blast cells.</a> Leukemia Res. 12, 823-831 (1988).</li><li>Nag, O. K., Naciri, J., Oh, E., Spillmann, C. M., Delehanty, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lipid+raft-mediated+membrane+tethering+and+delivery+of+hydrophobic+cargos+from+liquid+crystal-based+nanocarriers.">Lipid raft-mediated membrane tethering and delivery of hydrophobic cargos from liquid crystal-based nanocarriers.</a> Bioconjug. Chem. 27 (4), 982-993 (2016).</li><li>Karve, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Revival+of+the+abandoned+therapeutic+wortmannin+by+nanoparticle+drug+delivery.">Revival of the abandoned therapeutic wortmannin by nanoparticle drug delivery.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 109 (21), 8230-8235 (2012).</li></ol>

NMDDの継続的な目標は、同時改善された薬物の有効性と合わせ、細胞や組織への制御さターゲティングおよび薬物製剤の送達です。これは重要な課題を提起しているために、薬物分子の一つの特定のクラスは、水性媒体中でなし溶解性に難持つ疎水性薬物/造影剤です。この問題は、臨床設定にインビトロ細胞培養系からの強力な薬物の移行を悩ませてきたし、「棚上げ」である?...

生きた細胞を（少なくとも1つの次元での材料≤100nm）のナノ材料をインターフェースの登場以来、継続的な目標は、種々の用途のためのナノ粒子（NPS）のユニークなサイズ依存特性を活用することでした。これらのアプリケーションは、細胞および組織の標識/イメージング（in vitroおよびin vivoの両方）、リアルタイム検知、および薬物および他の貨物1の制御された送達が含まれます。このような関連NP特性の例としては、半導体ナノ結晶のサイズに依存放出（量子ドット、量子ドット）が含まれます。金ナノ粒子の光熱特性。リポソームの水性コアの大積載能力;このような単層カーボンナノチューブおよびグラフェン等の炭素同素体のバリスティック伝導。 最近では、かなりの関心は、このようなコントラスト/イメージングAとして、薬物および他の貨物の制御された変調のためのNPの使用中に生じました紳士。ここでは、理論的根拠は大幅に/強化NP製剤としてそれを提供することにより、薬物貨物の全体的な溶解性、送達用量、循環時間、および最終的なクリアランスを最適化することです。これは、NP-媒介薬物送達（NMDD）として知られるようになってきた、と様々な癌および臨床試験の様々な段階でより多くの何百を治療する診療所で使用するための7のFDA承認NPの薬物製剤は、現在存在します。本質的には、目標は「より少ないリソースでより多くを達成; &quot;することですそれは、大きな表面積を利用して、より少ない投薬投与でより多くの薬物を送達するための足場としてNPを使用することである：NPの量（例えば、量子ドットと金属酸化物として、例えば 、硬質粒子）またはロードするためのそれらの大きな内部容積大型貨物ペイロード（ 例えば 、リポソームまたはミセル）。ここでの目的は、水安定性及び向上した循環を促進すると同時に、特に、複数の全身送達の投薬計画の必要性を低減することです非常に効果的ながら、水性媒体に難溶性である、挑戦的な疎水性薬物の貨物。 したがって、本明細書に記載の研究の目的は、親油性の形質膜二重層の疎水性の貨物の特異的かつ制御された送達のための新規NP足場を使用しての生存率を決定することでした。仕事のための動機は、水性媒体から細胞への疎水性分子の送達に固有の限られた溶解性と難しさでした。典型的には、このような疎水性分子の送達は、内部負荷が限られていることができ、有毒で妥協細胞および組織の生存率2、またはミセル担体とすることができる有機溶媒（ 例えば 、DMSO）または両親媒性の界面活性剤（ 例えば 、ポロキサマー）の使用を必要とします容量。ここで選択されたNP担体は、新規な液晶NP（LCNP）製剤3以前に開発され、それは〜40倍を達成するために、以前に示されていました<html>培養細胞4における抗癌剤ドキソルビシンの有効性の改善。 本明細書中に記載の研究では、選択された代表貨物は電位差膜色素、3,3&#39;- dioctadecyloxacarbocyanine過塩素酸（DIO）でした。 DIOは、生きて固定ニューロン膜電位測定における順行性および逆行性トレースに使用されている水不溶性の色素であり、一般的な膜のための標識5、6、7、8、9。 、その疎水性の性質のために、DIOは、典型的には、結晶形10で細胞単層または組織に直接添加されていますが、非常に高濃度でインキュベートします 濃度原液11、12から希釈した後（〜1〜20μM）。 コンテンツ「LCNPプラットフォームへ&gt;ここで、アプローチがあった使用は、DIO。DIOのための送達媒体として、その内部コア完全に疎水性であり、その表面が同時に親水性およびバイオコンジュゲーションに適している多機能NPは、合成中LCNPコアに組み込まれています、およびNP表面は、次いで、形質膜へのDIO-LCNPアンサンブルの膜結合を促進するためにペグ化コレステロール部分で官能化されている。このアプローチは、より忠実度と膜滞留して原形質膜にDIOに分配送達システムをもたらしDIOの遊離形態は、バルク溶液から送達より時間（DIO フリー ）。さらに、この方法は、DIOのLCNP媒介送達は、実質的に変調して、親油性の細胞膜二重層に色素の具体的な分割の割合を駆動することを示した。これは同時にLCNP製剤としてそれを提供することにより、40％〜によって遊離薬物の細胞毒性を低減しながら達成しました。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1-ethyl-3-(3-(dimethylamino)-propyl)carbodiimide hydrochloride (EDCA)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>E2247</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,3&#8242;-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate (DiO)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>D4292-20MG</td>
			<td>Hazardous/ make stock solution in DMSO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cholesterol poly(ethylene glycol) amine hydrochloride</td>
			<td>Nanocs, Inc.</td>
			<td>PG2-AMCS-2k</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Countess automated cell counter</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>C10227</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dioctadecyl-3,3,3&#8242;,3&#8242;-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiI)</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>468495-100MG</td>
			<td>Hazardous/ make stock solution in DMSO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle&#39;s Medium (DMEM)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>21063045</td>
			<td>Warm in 37&#176;C before use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Phosphate Buffered Saline (DPBS)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>14040182</td>
			<td>Warm in 37&#176;C before use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dynamic light scattering instrument</td>
			<td>ZetaSizer NanoSeries (Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibronectin Bovine Protein, Plasma</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>33010018</td>
			<td>Make stock solution 1mg/mL using DPBS. Use 20-30 &#181;g/mL for coating MetTek dish, 2 h@ 37&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde (16%, W/V)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>28906</td>
			<td>Hazardous, dilute to 4% using DPBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human embryonic kidney cells (HEK 293T/17)</td>
			<td>American Type Culture Collection</td>
			<td>ATCC&#174; CRL-11268&#8482;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Live cell imaging solution (LCIS)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>A14291DJ</td>
			<td>Warm in 37&#176;C before use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatTek 14 mm # 1.0 coverglass insert cell culture dish</td>
			<td>MatTek corporation</td>
			<td>P35G-1.0-14-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modified Eagle Medium (DMEM) containing 25 mM HEPES</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>21063045</td>
			<td>Warm in 37&#176;C before use</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-hydroxysulfosuccinimide sodium salt (NHSS)</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>24510</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon A1si spectral confocal microscope</td>
			<td>Nikon Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypan Blue Stain (0.4%)&#160;</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>T10282</td>
			<td>mix as a 50% to the cell suspension before counting the cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zeta potential instrument</td>
			<td>ZetaSizer NanoSeries (Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Processor</td>
			<td>Sonics and Materials Inc</td>
			<td>GEX 600-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Cetntrifuge</td>
			<td>Benchmark</td>
			<td>Mini-fuge-04477</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PD-10 Sephadex&#8482; G-25 Medium</td>
			<td>GE Healthcare</td>
			<td>17-0851-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bio-Rad ChemiDoc XRS Imaging System</td>
			<td>Bio-RAD</td>
			<td>76S/07434</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA(0.25%), phenol red</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>25200056</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

targeted plasma membrane delivery of a hydrophobic cargo encapsulated in a liquid crystal nanoparticle carrier

細胞への薬物/造影剤の制御送達は、治療薬の開発のためおよび細胞シグナル伝達プロセスの研究のために重要です。最近では、ナノ粒子（NPS）は、送達システムの開発にかなりの有望性を示しています。ここでは、液晶NP（LCNP）ベースの送達システムは、プラズマの疎水性領域にNPコア内で、水不溶性の染料、3,3&#39;- dioctadecyloxacarbocyanine過塩素酸（DIO）の制御送達のために使用されています膜二重層。複数の分光分析によって確認されるようにNPの合成中に、染料を効率的に、疎水性LCNPコアに組み込まれました。 NP表面にPEG化コレステロール誘導体の結合（DIO-LCNP-PEG-Cholでは）HEK 293T / 17細胞における形質膜に色素を負荷したNPの結合を可能にしました。時間分解レーザー走査型共焦点顕微鏡および蛍光共鳴エネルギー移動（FRET）画像化は、パスを確認しましたLCNPコアと形質膜二重層中への挿入のDIOの流出をアイブ。最後に、LCNP-PEG-CholのようDIOの送達は、DIOの細胞毒性を弱毒化; DIOのNPの形は自由バルク溶液から配信DIOに比べ〜30から40パーセント低い毒性を示しました。このアプローチは、疎水性分子カーゴの膜特異的送達および変調のための効率的な様式としてLCNPプラットフォームの有用性を示します。

LCNPsは、NPの疎水性コアは、疎水性の貨物のための効率的な送達媒体としてLCNPの有用性を実証するための代表的な膜標識プローブを用いてロードされた中で調製しました。この目的のために、選択された貨物は、高度に水不溶性の電位差膜標識色素、DIOました。 図 1~18に示すように、DIO-ロードLCNPs（DIO-LCNPs）は、化学成分DACTP11、AC10COONa、およびDIO?...

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Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

液晶ナノ粒子（LCNP）ナノキャリアは、生細胞の原形質膜に疎水性の貨物の制御送達のためのビヒクルとして利用されます。

液晶ナノ粒子キャリアにおける疎水性貨物カプセル化の標的細胞膜配達

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Research

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Bioengineering

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