Polyethyleneimine kaplı demir oksit nano tanecikleri küçük müdahale RNA makrofajlar için teslim için bir araç olarak Vitro ve In Vivo
Summary
Biz polyethyleneimine (PEI) kullanarak bir yöntemi açıklamak-kaplı superparamagnetic demir oksit nano tanecikleri siRNA ile transfecting makrofajlar için. Bu nano tanecikleri siRNA makrofajlar vitro ve in vivo ve sessizlik hedef gen ekspresyonu için verimli bir şekilde teslim edebilirsiniz.
Abstract
Bağışıklık yanıtı düzenlenmesinde önemli rolleri nedeniyle makrofajlar sürekli yoğun araştırma konu oldu ve otoimmün hastalıkları, ateroskleroz ve kanser gibi birçok hastalıklarda umut verici bir terapötik hedef temsil eder. RNAi aracılı gen susturmak yoklama ve makrofaj işlevi değiştirmek için seçim değerli bir yaklaşımdır; Ancak, makrofajlar siRNA ile transfection kez teknik olarak zor olabilir kabul edilir ve, makrofajlar siRNA aktarmak için adanmış birkaç metodolojileri mevcuttur. Burada, polyethyleneimine kaplı superparamagnetic demir oksit nano tanecikleri (PEI-SPIONs) siRNA makrofajlar için hedeflenen teslim için bir araç olarak kullanarak bir iletişim kuralı mevcut. PEI-SPIONs bağlama ve Fe: siRNA ağırlık oranı 4 ulaştığında tamamen siRNA Yoğuşmalı ve üzeri yeteneğine sahiptirler. Vitro, bu nano tanecikleri verimli siRNA birincil makrofajlar içine yanı sıra olmadan ödün hücre canlılık transfection için en uygun doz, makrofaj gibi ham 264.7 hücre kültürünü içine teslim edebilir ve sonuçta, onlar neden siRNA aracılı hedef gen susturmak. Vitro siRNA transfection için kullanılan dışında PEI-SPIONs da siRNA makrofajlar içinde vivoiçin teslim etmek için umut verici bir araç vardır. İçinde görüş-in kombine özellikleri manyetik özelliği ve gen susturmak yeteneği, sistemik yönetilen PEI-casus/siRNA parçacıklar sadece makrofaj işlevi modüle için aynı zamanda yansıma ve izlenen makrofajlar etkinleştirmek için bekleniyor. Özünde, bir basit, güvenli ve etkili nonviral platform siRNA teslim edilmek üzere makrofajlar PEI-SPIONs temsil vitro ve içinde vivo.
Introduction
Makrofajlar doğuştan gelen bağışıklık hücreleri tüm vücut dokuları içinde dağıtılmış bir türü farklı miktarlarda da olsa vardır. Çeşitli sitokinlerin ve diğer arabulucu üreterek, onlar mikrobiyal patojenler istila karşı ana savunma, yaralanma takip doku onarımı ve doku homeostazı1korumada önemli rol oynarlar. Önemleri nedeniyle makrofajlar sürekli yoğun araştırma konu oldu. Ancak, gen düzenlemesi ve işlev çalışmalar yaygınlık rağmen gen siRNA aracılı susturmak için makrofajlar başarılı olasılığı daha düşüktür bu hücreler — özellikle, birincil makrofajlar — çoğu kez transfect zor. Bu hücre zarı olan kimyasal olarak en köklü transfection yaklaşımlar ile ilişkili toksisite (Örneğin, polimerler ve lipidler) nispeten yüksek derecede atfedilen veya fiziksel olarak (Örneğin, Elektroporasyon tarafından ve Böylece büyük ölçüde azaltarak makrofajlar canlılığı2,3membran çapraz siRNA molekülleri izin gen silah) bozulur. Ayrıca, makrofajlar adanmış fagositler degradative enzimler zengin vardır. Bu enzimler siRNA, gene özgü siRNA hücre3,4teslim olsa bile silencing verimlilik zayıflaması bütünlüğünü zarar verebilir. Bu nedenle, bir etkili makrofaj hedefli siRNA teslim sistem bütünlüğü ve istikrarı siRNA teslim4sırasında korumak gerekiyor.
Disfonksiyonel makrofajlar başlatma ve otoimmün hastalıkları, ateroskleroz ve kanser gibi bazı ortak klinik bozukluklar ilerlemesini karıştığı giderek belirgin olduğu. Bu nedenle makrofaj işlevini kullanarak, örneğin, siRNA, oransal, bu bozuklukları5,6,7tedavisi için çekici bir metodoloji olarak ortaya çıkan olmuştur. Ne kadar çok ilerleme yaptı, sistemik yönetilen siRNA ve sonuç olarak istenmeyen yan etkilere neden makrofajlar tarafından yetersiz siRNA alımını zavallı hücre özgüllük siRNA dayalı tedavi stratejisinin büyük bir sorun olduğunu. Genellikle optimum hücre seçicilik eksikliği ve sık sık hedef kapalı yan etkiler, ilaç dolu nano tanecikleri (NPs), retiküloendotelyal sistem tarafından yakalanan spontan onların eğilimi nedeniyle yol ücretsiz nükleik asit tedavi ile karşılaştırıldığında, makrofajlar vivo içindebırakmak için en az yan etkileri8ile geliştirilmiş tedavi edici etkinliği, pasif hedefleme için tasarlanmış. Geçerli NPs RNA molekülleri teslimi için araştırdı inorganik nanocarriers, çeşitli lipozomlar ve polimerler9içerir. Bunlar arasında kapasitesi9,10teslim etmek yüksek RNA polyethyleneimine (PEI), Katyonik Polimerler bağlama ve nükleik asitler stabilize NPs yoğuşmalı yeteneğine sahip bir türünü gösterir. PEI nükleik asitler enzimatik ve nonenzymatic bozulma korur, transfer hücre zarı arasında aracılık eder ve onların hücre içi serbest teşvik etmektedir. Her ne kadar başlangıçta bir DNA teslim reaktifi tanıttı, PEI daha sonra vivo içinde siRNA teslimi, ya yerel olarak veya sistemik9,10çekici bir platform olacak şekilde gösterilmiştir.
Superparamagnetic demir oksit nano tanecikleri (SPIONs) içinde biyomedikal, kendi manyetik özellikleri, biyouyumluluk, biyolojik olarak önemli nesnelerine, yüksek hacim için yüzey alanı oranı, karşılaştırılabilir boyutu nedeniyle büyük söz göstermiştir ve kolayca uyarlanabilir yüzey düşündüğümüzden Eki11. Örneğin, bir kontrast Ajan ve makrofajlar tarafından hızlı alımı olarak onların potansiyel yarar nedeniyle, SPIONs bir favori klinik araç görüntü doku makrofajlar12olarak ortaya çıkmıştır. SPIONs da yaygın nükleik asit teslimat Araçlar11,13,14,–15, bizim bilgi olarak incelenmiştir iken edebiyat bir taşıyıcı olarak SPIONs birkaç raporları içerir makrofaj hedefli siRNA teslim. SPIONs tarafından gen teslim için onların yüzey genellikle üzerine olumsuz ücret nükleik asitler elektrostatik çekti kaşif balonlu keşif ve hidrofilik Katyonik Polimerler bir tabaka ile kaplanır. Burada, SPIONs olan yüzey düşük moleküler ağırlıklı ile (10 kDa), dallı PEI (PEI-SPIONs) değiştirilir sentezleme yöntemi mevcut. Bu manyetik nanoplatforms sonra siRNA, hücre içine siRNA taşıma etkinleştirmek PEI-casus/siRNA kompleksleri şekillendirme yoğunlaşmak için istihdam edilmektedir. Retiküloendotelyal sistem16hücreleri tarafından SPIONs o kendiliğinden fagositoz nedeni, bağlama güçlü yeteneği ile birleştiğinde ve nükleik asitler tarafından PEI, yoğuşmalı PEI-SPIONs siRNA etkin taşıma için uygun işler makrofajlar. Burada sunulan veri PEI-casus/siRNA-aracılı gen kültür hem de vivo içindemakrofajlar içinde yalıtım fizibilite destekler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Makrofajlar çoğalmasıyla, katyonik lipozomlar ve lipid türler gibi yaygın olarak kullanılan nonviral yaklaşımlarla transfect ateşe dayanıklı. Burada makrofajlar siRNA ile transfect için güvenilir ve etkin bir yöntem açıklanmıştır. Mevcut iletişim kuralını kullanarak, fazla makrofaj gibi ham 264.7 hücreleri (Şekil 2B) ve fare peritoneal makrofajlar%18 90 siRNA önemli hücre canlılığı bozulma olmadan ile transfected. Bu yöntem bir nanocarri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin (81772308) ve ulusal anahtar araştırma ve geliştirme programı of China (No. 2017YFA0205502) tarafından desteklenmiştir.
Materials
| DMEM | Gibco | C11995500BT | Warm in 37°C water bath before use |
| Fetal bovine serum | Gibco | A31608-02 | |
| Penicillin/streptomycin (1.5 ml) | Gibco | 15140122 | |
| Tetrazolium-based MTS assay kit | Promega | G3582 | For cytotoxicity analysis |
| RAW 264.7 cell line | Cell Bank of Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China | TCM13 | |
| Tissue culture plates (6-well) | Corning | 3516 | |
| Tissue culture dishes (10 cm) | Corning | 430167 | |
| RNase-free tubes (1.5 ml) | AXYGEN | MCT-150-C | |
| Centrifuge tubes (15 ml) | Corning | 430791 | |
| Trypsin | Gibco | 25200-056 | |
| Wistar rats | Shanghai Experimental Animal Center of Chinese Academy of Sciences |
||
| Bacillus Calmette–Guérin freeze-dried powder | National Institutes for Food and Drug Control, China |
for inducing adjuvant arthritis in rats | |
| siRNA | GenePharma (Shanghai, China) | ||
| Cy3-siRNA | RiboBio (Guangzhou, China) | ||
| Polyethyleneimine (10 kDa) | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | E107079 | |
| Ammonia water | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | A112077 | |
| Oleic acid | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | O108484 | |
| Dimethylsulfoxide | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | D103272 | |
| FeSO4•7H2O | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10012118 | |
| FeCl3•6H2O | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd | 10011918 | |
| Dimercaptosuccinic acid | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | D107254 | |
| ultrafiltration tube | Millipore | UFC910096 | |
| Tetramethylammonium hydroxide solution | Aladdin Chemical Reagent Co., Ltd. | T100882 | |
| Particle size and zeta potential analyzer | Malvern, England | Nano ZS90 |
References
- Murray, P. J., Wynn, T. A. Protective and pathogenic functions of macrophage subsets. Nature Reviews Immunology. 11 (11), 723 (2011).
- Maeß, M. B., Wittig, B., Lorkowski, S. Highly efficient transfection of human THP-1 macrophages by nucleofection. Journal of Visualized Experiments. (91), e51960 (2014).
- Zhang, X., Edwards, J. P., Mosser, D. M. The Expression of Exogenous Genes in Macrophages: Obstacles and Opportunities. Macrophages and Dendritic Cells. , 123-143 (2009).
- Zhang, M., Gao, Y., Caja, K., Zhao, B., Kim, J. A. Non-viral nanoparticle delivers small interfering RNA to macrophages in vitro and in vivo. PLoS ONE. 10 (3), e0118472 (2015).
- Davignon, J. -. L., et al. Targeting monocytes/macrophages in the treatment of rheumatoid arthritis. Rheumatology. 52 (4), 590-598 (2012).
- Brown, J. M., Recht, L., Strober, S. The promise of targeting macrophages in cancer therapy. Clinical Cancer Research. 23 (13), 3241-3250 (2017).
- Karunakaran, D., et al. Targeting macrophage necroptosis for therapeutic and diagnostic interventions in atherosclerosis. Science Advances. 2 (7), e1600224 (2016).
- Prosperi, D., Colombo, M., Zanoni, I., Granucci, F. Drug nanocarriers to treat autoimmunity and chronis inflammatory diseases. Seminars in Immunology. 34, 61-67 (2017).
- Höbel, S., Aigner, A. Polyethylenimines for siRNA and miRNA delivery in vivo. Wiley Interdisciplinary Reviews: Nanomedicine and Nanobiotechnology. 5 (5), 484-501 (2013).
- Whitehead, K. A., Langer, R., Anderson, D. G. Knocking down barriers: advances in siRNA delivery. Nature Reviews Drug Discovery. 8 (2), 129 (2009).
- Liu, G., et al. N-Alkyl-PEI-functionalized iron oxide nanoclusters for efficient siRNA delivery. Small. 7 (19), 2742-2749 (2011).
- Weissleder, R., Nahrendorf, M., Pittet, M. J. Imaging macrophages with nanoparticles. Nature Materials. 13 (2), 125 (2014).
- Magro, M., et al. Covalently bound DNA on naked iron oxide nanoparticles: Intelligent colloidal nano-vector for cell transfection. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects. 1861 (11), 2802-2810 (2017).
- Abdelrahman, M., et al. siRNA delivery system based on magnetic nanovectors: Characterization and stability evaluation. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 106, 287-293 (2017).
- Zhang, H., Lee, M. -. Y., Hogg, M. G., Dordick, J. S., Sharfstein, S. T. Gene delivery in three-dimensional cell cultures by superparamagnetic nanoparticles. ACS Nano. 4 (8), 4733-4743 (2010).
- Moghimi, S. M., Hunter, A. C., Murray, J. C. Long-circulating and target-specific nanoparticles: theory to practice. Pharmacological Reviews. 53 (2), 283-318 (2001).
- Harvey, A. E., Smart, J. A., Amis, E. Simultaneous spectrophotometric determination of iron (II) and total iron with 1, 10-phenanthroline. Analytical Chemistry. 27 (1), 26-29 (1955).
- Duan, J., et al. Polyethyleneimine-functionalized iron oxide nanoparticles for systemic siRNA delivery in experimental arthritis. Nanomedicine. 9 (6), 789-801 (2014).
- Fröhlich, E. The role of surface charge in cellular uptake and cytotoxicity of medical nanoparticles. International Journal of Nanomedicine. 7, 5577 (2012).
- Wu, Y., et al. Ultra-small particles of iron oxide as peroxidase for immunohistochemical detection. Nanotechnology. 22 (22), 225703 (2011).
- Xia, T., et al. Polyethyleneimine coating enhances the cellular uptake of mesoporous silica nanoparticles and allows safe delivery of siRNA and DNA constructs. ACS Nano. 3 (10), 3273-3286 (2009).
- Mocellin, S., Provenzano, M. RNA interference: learning gene knock-down from cell physiology. Journal of Translational Medicine. 2 (1), 39 (2004).
- Courties, G., et al. et al.In vivo RNAi-mediated silencing of TAK1 decreases inflammatory Th1 and Th17 cells through targeting of myeloid cells. Blood. 116 (18), 3505-3516 (2010).
- Zolnik, B. S., Gonzalez-Fernandez, A., Sadrieh, N., Dobrovolskaia, M. A. Minireview: nanoparticles and the immune system. Endocrinology. 151 (2), 458-465 (2010).
- Mulens-Arias, V., Rojas, J. M., Pérez-Yagüe, S., Morales, M. P., Barber, D. F. Polyethylenimine-coated SPIONs trigger macrophage activation through TLR-4 signaling and ROS production and modulate podosome dynamics. Biomaterials. 52, 494-506 (2015).
