《先進材料》根特大學(xué)：陽離子水凝膠誘導(dǎo)的細(xì)胞膜破壞使膜不透物的直接胞質(zhì)遞送成為可能

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關(guān)注 2021年6月11日 09:55

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【科研摘要】

膜不可滲透貨物的細(xì)胞內(nèi)遞送為生物研究和基于細(xì)胞的療法的開發(fā)提供了獨特的機會。盡管可用的細(xì)胞內(nèi)遞送工具的范圍很廣，但現(xiàn)有的協(xié)議通常是次優(yōu)的，并且將遞送效率與生物相容性以及適用性相結(jié)合的替代方法仍然備受追捧。最近， 根特大學(xué) Koen Raemdonck 教授 團隊 提出了一個綜合平臺， 該平臺利用陽離子水凝膠納米粒子的獨特特性來瞬時破壞細(xì)胞的質(zhì)膜，從而允許未復(fù)合的膜不可滲透貨物的直接胞質(zhì)遞送。使用這個被稱為啟用水凝膠的納米孔或 HyPore 的平臺，可以令人信服地證明異硫氰酸熒光素 (FITC)-葡聚糖大分子在各種癌細(xì)胞系和原代牛角膜上皮細(xì)胞中的傳遞。

值得注意的 是， HyPore 在原代人類 T 細(xì)胞中展示了高效的 FITC-葡聚糖遞送，優(yōu)于最先進的電穿孔介導(dǎo)遞送。此外，HyPore 平臺能夠?qū)崿F(xiàn)功能蛋白的胞質(zhì)遞送，包括組蛋白結(jié)合納米抗體以及酶顆粒酶 A 和 Cre 重組酶。最后，與電穿孔相比，HyPore 介導(dǎo)的 MRI 造影劑釓布醇在原代人類 T 細(xì)胞中的傳遞顯著提高了它們的 T1 加權(quán) MRI 信號強度。總之，HyPore 被提議作為一種簡單、高度通用且經(jīng)濟高效的技術(shù)，用于原代細(xì)胞和細(xì)胞系的高通量離體操作。 相關(guān)論文以題為 Hydrogel-Induced Cell Membrane Disruptions Enable Direct Cytosolic Delivery of Membrane-Impermeable Cargo 發(fā)表在《 Advanced Materials 》上 。

【主圖導(dǎo)讀】

圖1 用于鑒定具有細(xì)胞溶質(zhì)大分子遞送能力的聚陽離子材料的實驗程序和定量分析的示意圖。

圖2 葡聚糖納米凝膠有效地在 HeLa 細(xì)胞中傳遞大分子。

圖3 葡聚糖納米凝膠的甲基丙烯酸酯取代度對 HeLa 細(xì)胞中大分子傳遞的影響。

圖4 葡聚糖納米凝膠陽離子電荷對 HeLa 細(xì)胞中大分子傳遞的影響。

圖5 在 HeLa 細(xì)胞中納米凝膠介導(dǎo)的大分子傳遞需要交聯(lián)的水凝膠網(wǎng)絡(luò)。

圖6 葡聚糖納米凝膠可以有效地在 HeLa 細(xì)胞中輸送高達(dá)40 kDa 的 FITC 葡聚糖。

圖7 葡聚糖納米凝膠介導(dǎo)的胞質(zhì) FITC 葡聚糖遞送不依賴于內(nèi)吞作用。

圖8 在原代人類 T 細(xì)胞中，葡聚糖納米凝膠介導(dǎo)的 FD10 遞送優(yōu)于核轉(zhuǎn)染。

圖9 HyPore 介導(dǎo)的功能性物 的遞送 。 a-c) 在存在組蛋白標(biāo)記 ATTO488（納米抗體）的情況下，將 HeLa 細(xì)胞與 HyPore 孵育 2 小時，然后洗滌細(xì)胞并用 Hoechst（藍(lán)色）染色細(xì)胞核。

【總結(jié)】

團隊已經(jīng)報道了陽離子水凝膠納米顆粒的再利用，用于瞬時質(zhì)膜穿孔和膜不可滲透貨物的直接胞質(zhì)遞送。這種稱為 HyPore 協(xié)議的新方法融合了膜破壞和（非病毒）載體介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)遞送技術(shù)的有益方面。它能夠在各種細(xì)胞類型（包括難以轉(zhuǎn)染的人類原代 T 細(xì)胞）中遞送具有不同理化特性的貨物，而無需外部物理觸發(fā)。 重要的是，胞質(zhì)遞送既不需要貨物封裝/復(fù)合，也不需要內(nèi)吞攝取，從而繞過了內(nèi)體逃逸和貨物釋放的需要。此外，這些特性使 HyPore 成為一種合適的中性和陽離子（大分子）化合物的細(xì)胞溶質(zhì)遞送方法，對于這些化合物，最先進的 細(xì)胞內(nèi)遞送試劑并不容易獲得。 最后， HyPore 采用相對簡單但靈活的材料，可以在保持較低生產(chǎn)成本的同時進行升級。盡管 HyPore 可能不是直接在體內(nèi)使用的首選，但建議將此方法作為一種高度通用且具有成本效益的技術(shù)，用于高通量細(xì)胞溶質(zhì)貨物遞送，用于細(xì)胞的離體操作。

參考文獻 ：

doi.org/10.1002/adma.202008054

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