Sintesi del monocito-targeting Peptide Amphiphile micelle per l'Imaging di aterosclerosi
Summary
Questo articolo presenta un metodo che coinvolge la sintesi e la caratterizzazione delle micelle di amphiphile peptide monocito-targeting e le corrispondenti saggi per verificare la biocompatibilità e capacità la micella di associare ai monociti.
Abstract
L’aterosclerosi è un contributore importante alla malattia cardiovascolare, la principale causa di morte nel mondo, che sostiene 17,3 milioni di vite ogni anno. L’aterosclerosi è anche la principale causa di morte improvvisa e l’infarto miocardico, istigato da placche instabili che si rompono e occludono il vaso sanguigno senza avviso. Modalità di formazione immagine corrente non può distinguere tra placche stabili e instabili che rottura. Micelle di peptide anfifili (PAMs) possono ovviare a questo inconveniente come possono essere modificati con una varietà di molecole che si legano specificamente a tessuto malato di targeting. I monociti sono stati indicati per essere marker precoce di aterosclerosi, mentre il grande accumulo di monociti è associato con le piastre alla rottura incline. Quindi, nanoparticelle che possono mirare monociti possono essere utilizzate per discriminare le diverse fasi di aterosclerosi. A tal fine, qui, descriviamo un protocollo per la preparazione di monocito-targeting PAMs (monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1) PAMs). MCP-1 PAMs sono auto-assemblate attraverso sintesi in condizioni blande di forma nanoparticelle di 15 nm di diametro con vicino neutro carica superficiale. In vitro, PAMs sono state trovate per essere biocompatibile e aveva una legame ad alta affinità per i monociti. I metodi descritti nel presente documento mostrano la promessa per una vasta gamma di applicazioni nell’aterosclerosi, nonché altre malattie infiammatorie.
Introduction
Le malattie cardiovascolari rimangono per essere le principali cause di morte a livello mondiale con circa 17,3 milioni di morti in tutto il mondo1. Le malattie cardiovascolari sono fornite da aterosclerosi, una condizione in cui si accumulano le placche nelle arterie, quindi inibente sangue e flusso di ossigeno alle cellule del corpo2,3. La progressione di aterosclerosi coinvolge l’ispessimento e l’indurimento delle arterie da una risposta infiammatoria, metabolismo dei lipidi irregolare e l’accumulazione della placca, che conduce a placca la rottura e l’infarto miocardico4,5. Le cellule endoteliali esprimono molecole di adesione e citochine, che comprendono MCP-1, che si lega al recettore di chemochine C-C (CCR2) presente sulla superficie dei monociti6,7,8. Il colesterolo ossidato converte i monociti macrofagi durante la fase iniziale della formazione di placche, che amplifica la risposta infiammatoria nella regione e porta alla lesione del tessuto e la formazione di placche instabili o vulnerabili9, 10.
Tradizionalmente, l’aterosclerosi viene valutata valutando stenosi luminal da imaging anatomico mediante angiografia o ultrasuono11,12. Tuttavia, questi metodi possono determinare solo lo stringimento severo della parete arteriosa e non lo stadio precoce di aterosclerosi, come crescita iniziale della placca causa rimodellamento arterioso mantenere le dimensioni dell’arteria e sangue flusso tasso12,13, 14. Di conseguenza, gli angiogrammi underrepresent prevalenza di aterosclerosi. Inoltre, tecniche di imaging non invasive come singola emissione del fotone computato tomografia, tomografia a emissione di positroni e la risonanza magnetica recentemente sono state usate per caratterizzare la morfologia della placca come possono fornire informazioni iniziali e caratterizzazione delle placche. Tuttavia, queste modalità sono spesso limitate dalla mancanza di sensibilità, risoluzione spaziale, o richiedono l’uso di radiazioni ionizzanti, rendendo imaging progressione della placca nelle diverse fasi molto più impegnativo15,16, 17. Un sistema di consegna imaging che identificherebbe specificamente placche nelle diverse fasi di aterosclerosi rimane ad essere sviluppato.
Le nanoparticelle hanno dimostrato di essere una piattaforma emergente per in vivo della placca di targeting e diagnostica18,19,20,21. In particolare, PAMs sono vantaggiose grazie alla loro diversità chimica e la possibilità di ospitare una varietà di moiety, composizioni, dimensioni, forme e funzionalizzazione superficiale22. Peptide anfifili (PAs) sono costituiti da un peptide “capigruppo idrofilo,” attaccato a una coda idrofobica, che in genere sono i lipidi; Questa struttura anfifilica conferisce la capacità di auto-assemblaggio e consente una visualizzazione multivalente di peptidi sulla superficie delle particelle22,23,24. Il peptide headgroups possono influenzare la forma delle particelle attraverso pieghevoli e legame tra peptidi25dell’idrogeno. Peptidi che piega attraverso l’interazione di β-foglio sono stati indicati per formare micelle allungate, mentre α-elica conferma può formare entrambe micelle sferiche e allungata22,23,24, 25,26,27. Linker di polietilenglicole (PEG) che lo scudo la carica superficiale del peptide può essere collocato tra il peptide idrofilo e la coda idrofobica di PAMs, migliorare la disponibilità della nanoparticella in circolazione sistemica28, 29 , 30 , 31. PAMs sono vantaggiose anche perché sono biocompatibili e hanno dimostrati di avere una vasta gamma di applicazioni32,33. La solubilità in acqua delle micelle offre un vantaggio sopra altri sistemi basati su nanoparticelle come certe nanoparticelle polimeriche che non sono solubili in acqua e devono essere sospese in res per iniezioni34. Inoltre, la possibilità di creare PAMs smontare in risposta a un stimoli specifici rende PAMs un attraente candidato per controllato di farmaci intracellulari di consegna35.
Legandosi al recettore CCR2 e accumulando nell’arco aortico, PAMs precedentemente sono state sviluppate per monocito targeting per monitorare le diverse fasi delle lesioni aterosclerotiche dell’aorta9. In topi ApoE– / – monocito accumulo aumenta proporzionalmente a placca progressione36. Inoltre, è emerso che i pazienti con placche rottura-incline, fase avanzata contengono una maggiore quantità di monociti37. Pertanto, la modifica di PAMs incorporare MCP-1 è utile perché permette una maggiore specificità targeting e differenziazione tra lesioni aterosclerotiche e tardo-fase iniziale. Questi studi di proof-of-concept anche verificato che PAMs sono abbastanza sicura di essere utilizzato preclinicamente e vengono eliminate per via renale38. Poiché i monociti e infiammazione sono caratteristici di altre malattie, MCP-1 PAMs hanno il potenziale per essere utilizzato per applicazioni terapeutiche e diagnostiche in altre malattie oltre l’aterosclerosi8,39,40 , 41.
Qui, segnaliamo la realizzazione di auto-assemblati e scalabile PAMs di MCP-1 che ha dimostrato la dimensione ottimale della particella, carica superficiale e targeting selettivo di monociti per applicazioni avanzate di imaging nell’aterosclerosi.
Protocol
Representative Results
Discussion
MCP-1 PAMs sono una promettente piattaforma di imaging molecolare, costituito da un peptide di targeting idrofilo e coda idrofobica che spinge la natura auto-assemblata di nanoparticella. Questa micella monocito-targeting può essere preparato da semplice sintesi e fasi di purificazione del peptide di MCP-1 e DSPE-PEG (2000)-MCP-1. PAMs hanno molte caratteristiche benefiche per in vivo imaging molecolare come loro self-assembly sotto condizioni blande, biodegradabilità intrinseca e diversità strutturali e chim…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori si desidera ringraziare il sostegno finanziario alla University of Southern California, il National Heart, Lung e Blood Institute (NHLBI), R00HL124279, Eli ed Edythe Broad Innovation Award e il L.K. Whittier Foundation Non-cancro Premio di ricerca traslazionale concesso a EJC. Gli autori ringraziano il centro per la microscopia elettronica e microanalisi, centro di eccellenza in NanoBiophysics, centro di eccellenza per la caratterizzazione molecolare e traduzione Imaging Center presso la University of Southern California per assistenza in configurazioni di strumentale.
Materials
| 1,2-ethanedithiol | VWR | E0032 | for peptide synthesis |
| 10 mL disposable serological pipets | VWR | 89130-898 | for cell culture |
| 15 mL centrifuge tubes, polypropylene | VWR | 89401-566 | for various applications |
| 2,5-dihydroxybenzoic acid, 99% | Fisher Scientific | AC165200050 | for MALDI |
| 25 mL disposable serological pipets | VWR | 89130-900 | for cell culture |
| 2-Mercaptoethanol, 50 mM | ThermoFisher Scientific | 31350010 | for cell culture |
| 5 mL disposable serological pipets | VWR | 89130-896 | for cell culture |
| 50 mL centrifuge tubes | VWR | 89039-658 | for various applications |
| 75 cm2 culture flask | Fisher Scientific | 13-680-65 | for cell culture |
| 75 mL reaction vessel | Protein Technologies | 3000005 | for peptide synthesis |
| 96-wells cell culture plate | VWR | 40101-346 | for MTS assay |
| Acetonitrile, HPLC grade | Fisher Scientific | A998SK-4 | for HPLC purification |
| Borosilicate glass, 1 dram | VWR | 66011-041 | for PAM synthesis |
| Borosillicate glass pipet, Long tips | VWR | 14673-043 | for various applications |
| Coverslip, 0.16-0.19 mm, 22 x 22 mm | Fisher Scientific | 12-542B | for confocal microscopy |
| Cy5 amine | Abcam | ab146463 | for peptide conjugation |
| Diethyl ether, ACS grade | Fisher Scientific | E138-1 | for peptide precipitation |
| Disposable syringes, 20 mL | Fisher Scientific | 14-817-54 | for HPLC purification |
| Double neubauer ruled hemocytometer | VWR | 63510-13 | for cell counting |
| DSPE-PEG(2000) amine | Avanti | 880128P | for peptide conjugation |
| DSPE-PEG(2000) maleimide | Avanti | 880126P | for peptide conjugation |
| DSPE-PEG(2000)-NHS ester | Nanocs | PG2-DSNS-10K | for conjugation to Cy5 |
| Dulbecco's modified eagle medium-high glucose | Sigma Aldrich | D5796-500ML | for cell culture |
| Fetal bovine serum, qualified, heat inactivated | ThermoFisher Scientific | 10438026 | for cell culture |
| Fmoc-L-Ala-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-A | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Arg(Pbf)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-RBF | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Asn(Trt)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-NT | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Cys(Trt)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-CT | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Gln(Trt)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-QT | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Ile-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-I | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Leu-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-L | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Lys(Boc)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-KBC | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Phe-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-F | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Ser(tBu)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-SB | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Thr(tBu)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-TB | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Tyr(tBu)-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-YB | for peptide synthesis |
| Fmoc-L-Val-OH /HBTU | Protein Technologies | PS3-H5-V | for peptide synthesis |
| Fmoc-Lys(Boc)-wang resin, 100-200 mesh | Novabiochem | 856013 | for peptide synthesis |
| Formic acid, optima LC/MS grade | Fisher Scientific | A117-50 | for HPLC purification |
| Glycerol | VWR | M152-1L | for confocal microscopy |
| Hand tally counter | Fisher Scientific | S90189 | for cell counting |
| Magnetic stir bars, egg-shaped | VWR | 58949-006 | for peptide conjugation |
| Methanol, ACS certified | Fisher Scientific | A412-4 | for PAM synthesis |
| MTS cell proliferation colorimetric assay kit | VWR | 10191-104 | for MTS assay |
| N,N-Dimethylformamide, sequencing grade | Fisher Scientific | BP1160-4 | for peptide synthesis |
| N-Methylmorpholine | Protein Technologies | S-1L-NMM | for peptide synthesis |
| Paraformaldehyde | Fisher Scientific | AC416780250 | for fixing cells |
| PBS, pH 7.4 | ThermoFisher Scientific | 10010049 | for various applications |
| Penicillin/streptomycin, 10,000 U/mL | ThermoFisher Scientific | 15140122 | for cell culture |
| Peptide synthesis vessel, 25 mL | Fisher Scientific | CG186011 | for peptide synthesis |
| Phosphotungstic acid | Fisher Scientific | A248-25 | for TEM |
| Piperidine | Spectrum | P1146-2.5LTGL | for peptide synthesis |
| Plain glass microscope slide 75 x 25 mm | Fisher Scientific | 12-550-A3 | for confocal microscopy |
| Reagent reservoirs, sterile | VWR | 95128093 | for cell culture |
| Self-closing tweezer | TedPella | 515 | for TEM |
| TEM support film | TedPella | 01814F | for TEM |
| Trifluoroacetic acid | Fisher Scientific | BP618-500 | for peptide cleavage and HPLC purification |
| Triisopropylsilane | VWR | TCT1533-5ml | for peptide cleavage |
| Trypan blue solution, 0.4% | ThermoFisher Scientific | 15250061 | for cell counting |
| Tweezer, general purpose-serrated | VWR | 231-SA-SE | for confocal microscopy |
| WEHI-274.1 | ATCC | ATCC CRL-1679 | murine monocyte |
| automated benchtop peptide synthesizer | Protein Technologies | PS3 Benchtop Peptide Synthesizer | |
| α- cyano- 4- hydroxycinnamic acid, 99% | Sigma Aldrich | 476870-2G | for MALDI |
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