《先进材料》根特大学:阳离子水凝胶诱导的细胞膜破坏使膜不透物的直接胞质递送成为可能



【科研摘要】
膜不可渗透货物的细胞内递送为生物研究和基于细胞的疗法的开发提供了独特的机会。尽管可用的细胞内递送工具的范围很广,但现有的协议通常是次优的,并且将递送效率与生物相容性以及适用性相结合的替代方法仍然备受追捧。最近, 根特大学 Koen Raemdonck 教授 团队 提出了一个综合平台, 该平台利用阳离子水凝胶纳米粒子的独特特性来瞬时破坏细胞的质膜,从而允许未复合的膜不可渗透货物的直接胞质递送。使用这个被称为启用水凝胶的纳米孔或 HyPore 的平台,可以令人信服地证明异硫氰酸荧光素 (FITC)-葡聚糖大分子在各种癌细胞系和原代牛角膜上皮细胞中的传递。

值得注意的 是, HyPore 在原代人类 T 细胞中展示了高效的 FITC-葡聚糖递送,优于最先进的电穿孔介导递送。此外,HyPore 平台能够实现功能蛋白的胞质递送,包括组蛋白结合纳米抗体以及酶颗粒酶 A 和 Cre 重组酶。最后,与电穿孔相比,HyPore 介导的 MRI 造影剂钆布醇在原代人类 T 细胞中的传递显着提高了它们的 T1 加权 MRI 信号强度。总之,HyPore 被提议作为一种简单、高度通用且经济高效的技术,用于原代细胞和细胞系的高通量离体操作。 相关论文以题为 Hydrogel-Induced Cell Membrane Disruptions Enable Direct Cytosolic Delivery of Membrane-Impermeable Cargo 发表在《 Advanced Materials 》上

【主图导读】
图1 用于鉴定具有细胞溶质大分子递送能力的聚阳离子材料的实验程序和定量分析的示意图。

图2 葡聚糖纳米凝胶有效地在 HeLa 细胞中传递大分子。

图3 葡聚糖纳米凝胶的甲基丙烯酸酯取代度对 HeLa 细胞中大分子传递的影响。

图4 葡聚糖纳米凝胶阳离子电荷对 HeLa 细胞中大分子传递的影响。

图5 HeLa 细胞中纳米凝胶介导的大分子传递需要交联的水凝胶网络。

图6 葡聚糖纳米凝胶可以有效地在 HeLa 细胞中输送高达40 kDa 的 FITC 葡聚糖。

图7 葡聚糖纳米凝胶介导的胞质 FITC 葡聚糖递送不依赖于内吞作用。

图8 在原代人类 T 细胞中,葡聚糖纳米凝胶介导的 FD10 递送优于核转染。

图9 HyPore 介导的功能性物 的递送 a-c) 在存在组蛋白标记 ATTO488(纳米抗体)的情况下,将 HeLa 细胞与 HyPore 孵育 2 小时,然后洗涤细胞并用 Hoechst(蓝色)染色细胞核。

【总结】
团队已经报道了阳离子水凝胶纳米颗粒的再利用,用于瞬时质膜穿孔和膜不可渗透货物的直接胞质递送。这种称为 HyPore 协议的新方法融合了膜破坏和(非病毒)载体介导的细胞内递送技术的有益方面。它能够在各种细胞类型(包括难以转染的人类原代 T 细胞)中递送具有不同理化特性的货物,而无需外部物理触发。 重要的是,胞质递送既不需要货物封装/复合,也不需要内吞摄取,从而绕过了内体逃逸和货物释放的需要。此外,这些特性使 HyPore 成为一种合适的中性和阳离子(大分子)化合物的细胞溶质递送方法,对于这些化合物,最先进的 细胞内递送试剂并不容易获得。 最后, HyPore 采用相对简单但灵活的材料,可以在保持较低生产成本的同时进行升级。尽管 HyPore 可能不是直接在体内使用的首选,但建议将此方法作为一种高度通用且具有成本效益的技术,用于高通量细胞溶质货物递送,用于细胞的离体操作。

参考文献
doi.org/10.1002/adma.202008054
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