تقييم توصيل الجينات البوليمرية الجسيمات النانوية من تحليل تتبع جسيمات متناهية الصغر وعالية الإنتاجية قياس التدفق الخلوي
Summary
يوصف بروتوكول للتحليل تتبع جسيمات متناهية الصغر (NTA) والإنتاجية العالية التدفق الخلوي لتقييم البوليمرية النانوية لتوصيل الجينات. ويستخدم لوصف NTA حجم الجسيمات جسيمات متناهية الصغر وتوزيع البلازميد توزيع الجسيمات في. الإنتاجية العالية التدفق الخلوي تمكن الكمي تقييم فعالية ترنسفكأيشن للمكتبة من المواد الحيوية لتوصيل الجينات.
Abstract
وقد برزت غير الفيروسية توصيل الجينات باستخدام الجسيمات النانوية البوليمرية كنهج جاذبية للعلاج بالجينات لعلاج الأمراض الوراثية (1) وبوصفها تكنولوجيا للطب التجديدي 2. على عكس الفيروسات، والتي لها قضايا السلامة كبيرة، ويمكن تصميم النانوية البوليمرية أن تكون غير سامة، غير مناعة، غير مطفرة وأسهل لتجميع، وتنوعا كيميائيا، قادرة على حمل أكبر البضائع القابلة للتحلل الحمض النووي وو / أو استجابة للبيئة. البوليمرات الموجبة الشحنة السالبة مع DNA عن طريق التفاعل الكهربائي لتشكيل مجمعات بناء على أمر من 100 نانومتر التي تسمى عادة النانوية البوليمرية النفس التجمع. أمثلة على المواد الحيوية المستخدمة لتشكيل البنى النانوية لتوصيل الجينات polycationic تشمل متعدد الليزين، polyphosphoesters، وبولي (amidoamines) ق وpolyethylenimine (PEI)، وهو غير القابلة للتحلل قبالة الجاهزة للاستخدام البوليمر الموجبة تستخدم عادة لتسليم الحمض النووي 1،3. بولي (بيتا الأمينيةاستر) ق (PBAEs) هي أحدث فئة من البوليمرات الموجبة 4 أن للتفكك وهيدروليكيا 5،6 وقد ثبت أن تكون فعالة في إيصال الجينات إلى أنواع الخلايا التي يصعب بالنقل مثل خلايا الشبكية البطانية الإنسان (HRECs) 7، الماوس الخلايا الظهارية الثديية 8، خلايا سرطان الدماغ 9 و الأوعية الكبيرة (الإنسان الوريد السري، HUVECs) الخلايا البطانية 10.
ووصف بروتوكول جديد لتوصيف جزيئات البوليمر باستخدام تحليل جسيمات متناهية الصغر تتبع (NTA). في هذا النهج، ويتم الحصول على كل حجم الجسيمات توزيع وتوزيع عدد من الجسيمات في البلازميدات 11. وبالإضافة إلى ذلك، يتم تقديم الإنتاجية العالية ترنسفكأيشن 96-وحة جيدا الفحص للكشف السريع للفعالية ترنسفكأيشن من الجسيمات النانوية البوليمرية. وتستخدم في هذا البروتوكول، وتستخدم بولي (بيتا الأمينية استر) ق (PBAEs) والبوليمرات ونموذج الإنسان الخلايا البطانية الشبكية (HRECs) كما موديل الخلايا البشرية. يمكن هذا البروتوكول تكيف بسهولة مع أي جسيمات متناهية الصغر البوليمرية تقييم وأي نوع من الخلايا في المصالح في شكل لوحة متعددة أيضا.
Introduction
تحديد عدد البلازميدات المعقد في جسيمات متناهية الصغر من المهم أن التصميم الفعال القائم على جسيمات متناهية الصغر لتوصيل الجينات الاستراتيجيات، وخاصة للتسليم المشترك من البلازميدات متعددة إلى نفس الخلية المستهدفة، كما هو مطلوب في كثير من الأحيان الخلايا الجذعية إعادة برمجة الدراسات 12. وقد وصفت بعض النهج لحساب عدد من البلازميدات المرتبطة جسيمات متناهية الصغر واحدة، ولكل النهج عيوب في التقنيات المستخدمة لتقدير 13-16. وقد استخدم الكم نقطة (QD) جنبا إلى جنب مع وضع العلامات TEM لتقدير البلازميدات في الجسيمات في الشيتوزان القائمة على الجسيمات النانوية. معقد تقدير مع هذه التقنية QD بسبب الحاجة لتسمية DNA، والتي قد تغير في خصائص التجميع الذاتي، واحتمال أن لا يتم الكشف عن الحمض النووي غير المسماة مغلفة مباشرة؛ البلازميدات يحتمل أن تكون متداخلة وQDs في الصور TEM 2D من الجسيمات، و الافتراضات الأخرى تبسيط 13. نهج بديل هو أنpplicable عندما microdomains أمر موجود في جزيئات وقد استخدمت لدراسة الحمض النووي المجمعات Lipopolyamine عبر المجهر الإلكتروني انتقال البرد (البرد TEM)، وتشتت الأشعة السينية، وديناميكية تشتت الضوء (DLS) 14،15. للأسف، مثل المواد النانوية البوليمرية التحقيق هنا لا تنطبق مع هذا الأسلوب. وفي دراسة أخرى، وتستخدم كولينز وآخرون تدفق الجسيمات صورة تقنية التحليل لدراسة (ليز) التي تحتوي على الببتيد 16 / DNA المجمعات، إلا أنه يمكن تقييم طريقتهم فقط أكبر، ميكرون الحجم الجسيمات 16. وهكذا، فإننا وضعت مؤخرا فحص الرواية ومرنة لتحديد عدد من جسيمات متناهية الصغر في البلازميدات 11.
Protocol
Representative Results
Discussion
البروتوكولات أعلاه تصف أساليب تقييم فعالية ترنسفكأيشن من الصيغ جسيمات متناهية الصغر، وكذلك وسيلة لتوصيف حجم الجسيمات والتحميل DNA من الجسيمات النانوية. عدد البلازميدات في الجسيمات هي العوامل الهامة التي يمكن أن تساعد في التنبؤ فعالية من الجسيمات ويمكن أن تستخدم أيض…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب أشكر MSCRF TEDCO (2009-MSCRFE-0098-00) وNIH R21CA152473 حصول على الدعم.
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 |
Referências
- Putnam, D. Polymers for gene delivery across length scales. Nature Materials. 5, 439-451 (2006).
- Sheyn, D., et al. Genetically modified cells in regenerative medicine and tissue engineering. Advanced Drug Delivery Reviews. 62, 683-698 (2010).
- Boussif, O., et al. A versatile vector for gene and oligonucleotide transfer into cells in culture and in vivo: polyethylenimine. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 92, 7297-7301 (1995).
- Green, J. J. Rita Schaffer Lecture: Nanoparticles for Intracellular Nucleic Acid Delivery. Ann. Biomed. Eng. 40, 1408-1418 (2011).
- Lynn, D. M., Langer, R. Degradable poly(beta-amino esters): Synthesis, characterization, and self-assembly with plasmid DNA. J. Am. Chem. Soc. 122, 10761-10768 (2000).
- Sunshine, J. C., Peng, D. Y., Green, J. J. Uptake and transfection with polymeric nanoparticles are dependent on polymer end-group structure, but largely independent of nanoparticle physical and chemical properties. Mol. Pharm. , (2012).
- Shmueli, R. B., Sunshine, J. C., Xu, Z., Duh, E. J., Green, J. J. Gene delivery nanoparticles specific for human microvasculature and macrovasculature. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine. , (2012).
- Bhise, N. S., et al. The relationship between terminal functionalization and molecular weight of a gene delivery polymer and transfection efficacy in mammary epithelial 2-D cultures and 3-D organotypic cultures. Biomaterials. 31, 8088-8096 (2010).
- Tzeng, S. Y., et al. Non-viral gene delivery nanoparticles based on poly(beta-amino esters) for treatment of glioblastoma. Biomaterials. 32, 5402-5410 (2011).
- Sunshine, J., et al. Small-Molecule End-Groups of Linear Polymer Determine Cell-Type Gene-Delivery Efficacy. Adv. Mater. 21, 4947 (2009).
- Bhise, N. S., Shmueli, R. B., Gonzalez, J., Green, J. J. A novel assay for quantifying the number of plasmids encapsulated by polymer nanoparticles. Small. 8, 367-373 (2012).
- Yu, J., et al. Human induced pluripotent stem cells free of vector and transgene sequences. Science. 324, 797-801 (2009).
- Ho, Y. P., Chen, H. H., Leong, K. W., Wang, T. H. Evaluating the intracellular stability and unpacking of DNA nanocomplexes by quantum dots-FRET. Journal of Controlled Release: Official journal of the Controlled Release Society. 116, 83-89 (2006).
- Kreiss, P., et al. Plasmid DNA size does not affect the physicochemical properties of lipoplexes but modulates gene transfer efficiency. Nucleic Acids Research. 27, 3792-3798 (1999).
- Pitard, B., et al. Virus-sized self-assembling lamellar complexes between plasmid DNA and cationic micelles promote gene transfer. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 14412-14417 (1997).
- Collins, L., Kaszuba, M., Fabre, J. W. Imaging in solution of (Lys)(16)-containing bifunctional synthetic peptide/DNA nanoparticles for gene delivery. Biochimica et Biophysica Acta. 1672, 12-20 (2004).
- Green, J. J., et al. Biodegradable polymeric vectors for gene delivery to human endothelial cells. Bioconjug. Chem. 17, 1162-1169 (2006).
