Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Нацеленная терапия глиомы: Gint4.T-модифицированные ДНК-тетраэдры доставляют доксорубицин для ингибирования PDGFRβ-зависимой пролиферации клеток

Аннотация

Глиома — одна из самых смертоносных внутричерепных опухолей из-за своего инвазивного роста. Эффект терапии глиомы плох из-за наличия гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) и гематоопухолевого барьера (ГОБ), а также недостаточной таргетированной доставки лекарств. ДНК-тетраэдры (TDN) демонстрируют большой потенциал для доставки лекарств и могут стать новой терапевтической стратегией для глиомы. В данном исследовании мы использовали TDN для доставки доксорубицина (DOX) для терапии глиомы. Gint4.T, аптамер, способный распознавать рецептор тромбоцитарного фактора роста β (PDGFRβ) на опухолевых клетках, использовался для модификации TDN (Apt-TDN) для таргетированной доставки лекарства. TDN самособирались односторонним синтезом, демонстрируя малый размер (10 нм) и отрицательный заряд. Тест на фетовый бычий сывороточный (ФБС) показал его стабильность как транспортера лекарства. Apt-TDN эффективно поглощались клетками U87MG. По сравнению с DOX и DOX@TDN (TDN, загруженные DOX), DOX@Apt-TDN (Gint4.T-модифицированные TDN, загруженные DOX) показали более высокую скорость ранней апоптозы, более сильный арест клеточного цикла и большую цитотоксичность по отношению к клеткам U87MG. В заключение, наши результаты указывают, что DOX@Apt-TDN предоставляет новую терапию с перспективной клинической применимостью для пациентов с глиомой.

Введение

Глиома, опухоль, возникающая из нейроэпителия, является наиболее распространенной внутричерепной злокачественностью. Почти 1/3 всех опухолей мозга — это глиомы, и примерно 4/5 первичных злокачественных опухолей мозга — глиомы. В настоящее время наиболее эффективное лечение глиомы — хирургическое ресечение и постоперационная одновременная химиорадиация, но, к сожалению, прогноз для пациентов остается плохим. Традиционная химиотерапия глиомы не показывает хорошего результата из-за плохой таргетированности опухоли, осложнений из-за ГЭБ и ГОБ, и недостаточной таргетированности лекарств. ГЭБ — самый важный фактор, предотвращающий доставку почти всех макромолекул (включая лекарства и гены) в вещество мозга и их надлежащую функцию. Лекарства, не способные преодолеть ГЭБ, должны вводиться в достаточно высоких дозах для достижения эффективной терапевтической концентрации в зоне интереса. Однако избыток лекарств может вызывать тяжелые системные побочные эффекты и нежелательное накопление лекарств в неповрежденных тканях. Кроме того, существующие конвенциональные противоопухолевые лекарства имеют недостаточные таргетирующие способности. Нанопartikelы стали наиболее перспективным инструментом для доставки лекарств. Благодаря своему размеру нанопartikelы могут преодолевать ГЭБ и оказывать противоопухолевой эффект. Kafa et al. разработали химически функционализированные многослойные углеродные нанотрубки (f-MWNTs), нацеленные на ANG, и подтвердили их способность преодолевать ГЭБ в vivo и in vitro экспериментах. Однако эти наноматериалы могут распределяться по различным органам по всему телу или даже попадать в центральную нервную систему (ЦНС), где они могут вызывать нейротоксичность.

ДНК — идеальный материал для построения наноструктур, потому что их сборка может быть точно контролирована по принципу Ватсона-Крика парных оснований. На сегодняшний день разработано и продемонстрировано ряд двухмерных (2D) и трехмерных (3D) ДНК наноструктур. Тетраэдрические ДНК наноструктуры (TDN) привлекли значительное внимание благодаря своей биосовместимости, стабильности, обильным функционализируемым местам модификации и низкой иммуногенности. Turberfield et al. синтезировали ДНК тетраэдрические наноструктуры с высоким выходом, используя односторонний метод синтеза. Walsh et al. обнаружили, что ДНК тетраэдр, содержащий нуклеиновый зонд, может проникать в клетки млекопитающих без необходимости транфектного реагента. Lee et al. продемонстрировали, что самособирающиеся тетраэдрические нанопartikelы могут использоваться для таргетированной доставки siRNA in vivo. TDN показали отличные перспективы применения в молекулярной диагностике, молекулярной доставке и таргетированной лекарственной терапии. Они также широко используются в исследованиях опухолей различных органов, например, рака груди. Аналогично, TDN также использовались в изучении заболеваний нервной системы. Tian et al. использовали ДНК тетраэдры как основу и модифицировали их ангиопеп-2 (ANG) для успешного построения нанозонда ANG-TDN, который мог нацелиться на рецептор липопротеинов низкой плотности, связанный с белком 1 (LRP-1) для таргетированной визуализации. Исследования показали, что ANG-TDN может преодолевать ГЭБ. Ma et al. предложили, что тетраэдрические ДНК наноструктуры могут входить в нейронные стволовые клетки (NSC) без транфектных агентов, где они способствуют миграции, пролиферации и дифференциации нейронных стволовых клеток, и имеют большой потенциал для нейронной тканевой регенерации. Поэтому мы исследовали возможность использования TDN в терапии глиомы и усиления их таргетирующей способности.

Рецептор тромбоцитарного фактора роста β (PDGFRβ) — важный член семейства тирозинкиназ, участвующий в клеточной пролиферации, миграции и ангиогенезе. Несколько исследований показали, что PDGFRβ является перспективной мишенью для противоопухолевых терапий из-за своей роли в ангиогенезе. Аптамеры — короткие однцепочечные ДНК или РНК олигонуклеотиды, производимые методом систематической эволюции лигандов экспоненциальным обогащением (SELEX). Аптамеры похожи на антитела, имея высокую аффинность и специфичность к своим мишеням. Благодаря своим уникальным свойствам аптамеры играют важную роль в таргетированной доставке химиотерапевтических агентов, siRNA и лекарственно-нагруженных нанопартикул. Gint4.T — РНК-аптамер, способный специфически связывать PDGFRβ, также является PDGFRβ-специфическим антагонистом. Monaco et al. предположили, что Gint4.T аптамеры могут преодолевать ГЭБ и специфически распознавать PDGFRβ. Gint4.T-конъюгированные полимерные нанопartikelы (PNPs) легко поглощаются клетками глиобластомы (GBM). В данном исследовании мы сообщаем о новой лекарственно-нагруженной системе, сочетающей Gint4.T аптамер и TDN. Gint4.T-модифицированные TDN (Apt-TDN), загруженные DOX (DOX@Apt-TDN), демонстрировали усиленное специфическое клеточное поглощение и цитотоксичность по отношению к клеткам U87MG.

Методы

Материалы

Все ДНК олигонуклеотиды и 2’F-Py РНК олигонуклеотиды приобретены у Sangon Biotech (Шанхай, Китай), и все последовательности олигонуклеотидов перечислены в таблице 1. GelRed раствор для окрашивания ДНК геля приобретен у Sangon Biotech. И фетовый бычий сывороточный (ФБС), и модифицированное среднее Дюльбекко (DMEM) приобретены у Thermo Fisher (Нью-Йорк, США). Доксорубицин (DOX) приобретен у Mengbio Technology (Чунцин, Китай). Клетки U87MG приобретены у Шанхайской Академии наук Библиотеки клеток (Шанхай, Китай). DAPI приобретен у Чжуньшаньской Golden Bridge Biotechnology (Пекин, Китай).

Подготовка ДНК наноструктур

Для сборки ДНК тетраэдра (таблица 1), 2 мкл каждого олигонуклеотида (S1, S2, S3, S4) добавляли к 42 мкл TM буфера (10 мМ Tris-HCl, 5 мМ MgCl₂, pH = 8). Раствор ДНК затем нагревали до 95 °C в течение 5 мин и затем охлаждали до 4 °C в течение 2 мин с использованием PCR аппарата Bio-Rad (Калифорния, США). Конечная концентрация TDN составляла 2 мкМ. TDN' готовили тем же способом, за исключением замены S1 на S1'. Для синтеза Apt-TDN, Gint4.T аптамер добавляли к TDN в равном молярном соотношении, и смесь инкубировали при 37 °C в течение 60 мин. Перед синтезом аптамер подвергали кратковременному этапу денатурации-ренатурации (85 °C в течение 5 мин, быстрое охлаждение за 2 мин и последующее нагревание до 37 °C за 10 мин).

Агарозный гель электрофорез

Агарозный гель (3%) прогоняли в 0,5× TEB буфере при 100 В в течение 30 мин. Температура электрофореза поддерживалась при 0 °C помещением аппарата в ледяную баню. Перед электрофорезом GelRed добавляли в агарозный гель для окрашивания ДНК цепей. Когда процесс завершался, сканер флуоресценции Bio-Rad (Калифорния, США) использовался для захвата изображения геля.

Динамическое световое рассеяние

Malvern Zetasizer ZS90 (Malvern, Великобритания) использовался для измерения гидродинамического размера и дзета-потенциала TDN. Всего 1 мл TDN (100 нМ) подвергали анализу динамического светового рассеяния (DLS).

Атомно-силовая микроскопия

TDN разбавляли до 100 нМ TM буфером (Tris-HCl буфер, содержащий MgCl₂). Затем 10 мкл каждого образца TDN добавляли на свежее расколотое слюду и инкубировали 10 мин. Образцы затем образовывали на атомно-силовой микроскопии (AFM) в AC режиме (Agilent 5500, США).

Измерение лекарственно-грузоподъемности приготовленных TDN

Доксорубицин растворяли в деионизированной воде для получения 500-мкМ стокового раствора. Доксорубицин при различных концентрациях (1–20 мкМ) смешивали с TDN (100 нМ) или Apt-TDN (100 нМ) в течение 6 часов при комнатной температуре (24–26 °C). Смешанные растворы затем центрифугировали при 12 000×g в течение 10 мин для получения лекарственно-нагруженных TDN. Затем 50 мкл надстоявок удаляли и смешивали с ФБС в соотношении 1:1. Микроплитный ридер Varioskan LUX (Калифорния, США) использовался для измерения интенсивности флуоресценции доксорубицина (λ_ex = 480 нм и λ_em = 590 нм) для определения количества доксорубицина в надстоявках. Концентрация доксорубицина, загруженного в TDN, рассчитывалась по стандартной кривой и интенсивности флуоресценции. Мы также смешивали доксорубицин с TDN при возрастающих молярных соотношениях.

Стабильность TDN в сыворотке In Vitro

TDN смешивали с полным средой и инкубировали при 37 °C в течение 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12 или 24 часов. Растворы TDN смешивали с ФБС в соотношении 1:1 и инкубировали при 37 °C в течение 1, 3, 5 или 7 часов. После инкубации смеси прогоняли на 3% агарозном геле.

Цитотоксичность TDN In Vitro

Для определения цитотоксичности наноструктуры, клетки U87MG при концентрации 1 × 10⁴ клеток/колба сеяли на 96-колбовой пластинке. Культурная среда удаляли, и свежая среда, содержащая 0–500 нМ TDN, добавляли и инкубировали еще 24 и 48 часов после ночной инкубации. Затем 10 мкл раствора CCK-8 добавляли в каждую колбу, и смесь инкубировали 1 час. Абсорбция при 450 нм затем измеряли с помощью микроплитного ридера.

Флуоресцентная визуализация

Клеточное поглощение DOX и TDN изучали флуоресцентной микроскопией (Olympus, Токио, Япония). Клетки U87MG сеяли на стеклах в 24-колбовых пластинках со средой, содержащей 10% термически инактивированный фетовый бычий сывороточный и 1% пенициллин и стрептомицин, и выращивали минимум 1 день при 37 °C в увлажненной атмосфере с 5% CO₂ до достижения не менее 75% конфлюэнтности. После инкубации культурные среды удаляли. Полная среда, содержащая 100 нМ Cy3-TDN и Cy3-Apt-TDN, добавляли и инкубировали 3 часа. TDN и Apt-TDN маркировали Cy3 для детектирования внутриклеточного поглощения нанопартикул. Для оценки клеточного поглощения DOX, DOX (DOX 2 мкМ), DOX@TDN (DOX 2 мкМ) и DOX@Apt-TDN (DOX 2 мкМ) добавляли к клеткам U87MG и инкубировали 3 часа. После 3 часов лечения клетки фиксировали 4% параформальдегидом в течение 20 мин в темноте и затем окрашивали 4′,6-диамидино-2-фенилиндолом (DAPI) в течение 5 мин. Клетки промывали ФБС три раза и наблюдали под флуоресцентным микроскопом.

Потоковая цитометрия

Всего 1 × 10⁶ клеток U87MG имплантировали в 6-колбовые пластинки. После ночной инкубации культурные среды удаляли, и среда, дополненная 100 нМ Cy3-TDN, 100 нМ Cy3-Apt-TDN или 100 нМ Cy3-Apt-TDN + 1 мкм свободного Apt, добавляли и инкубировали 3 часа. Затем клетки фиксировали 4% параформальдегидом в течение 20 мин, и потоковая цитометрия использовалась для анализа процентов Cy3-позитивных клеток.

Клеточный цикл и апоптоз

После лечения DOX, DOX@TDN или DOX@Apt-TDN в течение 24 часов, 5 × 10⁵ клеток собирали и фиксировали в 75% ледяном этаноле на ночь. Затем клетки инкубировали с RNase и йодидом пропидия в течение 30 мин при 37 °C в темноте. Клеточный цикл исследовали потоковой цитометрией. Кроме того, после различных лечений клетки окрашивали Annexin V-FITC/DAPI, и ранняя апоптоз исследовалась.

CCK-8 анализы

Для определения жизнеспособности клеток, клетки U87MG (5 × 10³) сеяли на 96-колбовых пластинках с 100 мкл среды и культивировали на ночь при 37 °C под атмосферой, содержащей 5% CO₂. Среда затем удаляли, и свежая среда, содержащая DOX, DOX-TDN или DOX-Apt-TDN, добавляли. После 24 часов инкубации 10 мкл раствора CCK-8 добавляли, и клетки культивировали еще 1 час. Микроплитный ридер использовался для измерения абсорбции при 450 нм.

Статистический анализ

Все эксперименты в данном исследовании выполнялись в трипликатах, и все данные представлены как среднее значение со стандартным отклонением (mean ± SD). Статистический анализ выполнялся с использованием программы SPSS 24.0 (IBM, США). Значимые различия определялись с помощью t-теста Стьюдента, при P < 0,05 указывающем на значимые различия между группами.

Результаты

Синтез и характеристика TDN и Apt-TDN

TDN самособирались из четырех олигонуклеотидов (таблица 1) путем одностороннего синтеза, как сообщалось ранее. Опухолевый таргетирующий аптамер Gint4.T использовался для модификации TDN через парное основание Ватсона-Крика. ДНК тетраэдр содержит четыре грани, каждая из которых образована одним олигонуклеотидом. Таким образом, четыре олигонуклеотида гибридизировали друг с другом для формирования ДНК тетраэдра (рис. 1a). Анализ гель-электрофореза показал одну выраженную полосу в дорожках 4 и 5, указывающую на то, что TDN и Apt-TDN были успешно построены. Подвижность Apt-TDN была снижена по сравнению с TDN, что указывает на то, что Gint4.T аптамер успешно модифицировал TDN.

a — Синтез ДНК тетраэдра и Gint4.T-TDN. Дорожка 1: S1; дорожка 2: S1+S2; дорожка 3: S1+S2+S3; дорожка 4: S1+S2+S3+S4 (TDN); дорожка 5: TDN смешанный с Apt-хвостом (Gint4.T); Apt-TDN. Дорожка 1 не была видна, потому что нуклеиновые красители не могут правильно окрашивать однцепочечную ДНК. b — AFM изображения показывали, что высоты TDN и Apt-TDN составляли ~2 нм. c — Определение размера частицы и дзета-потенциала TDN и Apt-TDN динамическим световым рассеянием (DLS). Средние размеры частиц TDN и Apt-TDN составляли 10,10 нм (A) и 13,54 нм (B) соответственно. Средние дзета-потенциалы TDN и Apt-TDN составляли -5,69 мВ (C) и -7,3 мВ (D) соответственно.

Размеры TDN и Apt-TDN определялись DLS и AFM. TDN и Apt-TDN показывали размеры частиц 10,1 нм и 13,5 нм соответственно, отражая добавление лиганда Gint4.T (рис. 1c (A), (B)). Поскольку гидродинамический диаметр включает молекулы воды, частицы были больше их теоретических размеров. Высоты как TDN, так и Apt-TDN, определенные AFM изображениями, составляли ~2 нм (рис. 1b), указывая на то, что аптамерная модификация не изменила 3D структуру. Средние дзета-потенциалы TDN и Apt-TDN составляли -5,69 мВ (C) и -7,3 мВ (D) соответственно (рис. 1c (C) (D)). На основе этих параметров мы заключили, что TDN и Apt-TDN успешно собраны.

Стабильность и цитотоксичность TDN In Vitro

Анализ гель-электрофореза показал, что TDN оставались целыми при инкубации в полном среде в течение 24 часов при 37 °C (рис. 2a (A)). Кроме того, когда концентрация фетового бычьего сывороточного увеличивалась до 50%, TDN оставались стабильными по крайней мере 7 часов (рис. 2a (B)), что согласуется с предыдущими отчетами. Для определения цитотоксичности наноструктуры, анализ CCK-8 использовался для оценки жизнеспособности клеток U87MG после лечения TDN при ряде концентраций. Как показано на рис. 2b, никакой значимой цитотоксичности не наблюдалось в клетках U87MG, обработанных TDN при 0–500 нМ в течение 24 и 48 часов. Следовательно, ДНК нанопартикулы могут использоваться как стабильные и биобезопасные транспортеры для доставки лекарств.

a — Гель-электрофорез показал, что TDN оставались стабильными 24 ч в полном среде при 37 °C (A); TDN оставались стабильными 7 ч при увеличении концентрации фетового бычьего сывороточного до 50% (B). b — Клетки U87MG были ко-культивированы с TDN при различных концентрациях (10–500 нМ) в течение 24 и 48 часов. Анализ CCK-8 показал, что активность клеток U87MG не влиялась, что указывало на биобезопасность TDN.

Лекарственно-грузоподъемность TDN и Apt-TDN

Доксорубицин — широкоспектральный химиотерапевтический препарат, способный интеркалироваться в ДНК двойные цепи. Мы рассчитали стандартную кривую доксорубицина (рис. 3a) и затем исследовали интеркаляцию доксорубицина в TDN. Количество интеркалированного доксорубицина в TDN и Apt-TDN постепенно увеличивалось с повышением концентрации доксорубицина. Когда концентрация доксорубицина достигала 14 мкМ, количество интеркалированного доксорубицина в TDN и Apt-TDN достигало пика 5,5 мкМ и 6,0 мкМ соответственно, и затем стабилизировалось (рис. 3b), указывая на то, что ДНК цепи были полностью заняты. В то же время мы смешивали доксорубицин с TDN при возрастающих молярных соотношениях. Флуоресцентный спектр доксорубицина сканировали для анализа. Как показано на рис. 3c, флуоресцентный спектр доксорубицина гасился при молярном соотношении доксорубицина 0,05. На основе этих выводов мы заключили, что примерно 55 молекул доксорубицина содержалось в одном TDN, в то время как 60 молекул содержалось в одном Apt-TDN.

a — Стандартная кривая концентраций DOX в ФБС буфере; λex = 480 нм и λem = 590 нм. Количество DOX, переносимого TDN и Apt-TDN. b — DOX интеркалировался в двойную цепь ДНК TDN и Apt-TDN. Когда концентрация DOX достигала 14 мкМ, а интеркалированная концентрация DOX в TDN и Apt-TDN достигала пика 5,5 мкМ и 6,0 мкМ соответственно, один ДНК тетраэдр мог нести 55 молекул Dox, в то время как один аптамер-модифицированный ДНК тетраэдр носил 60 молекул DOX. c — Флуоресцентные спектры DOX в надстоявке. Доксорубицин смешивали с TDN при возрастающих молярных соотношениях (0, 0,0005, 0,001, 0,005, 0,01 и 0,05 сверху вниз). Когда молярное соотношение было 1:20, флуоресценция гасилась.

Таргетированное клеточное поглощение Apt-TDN

ДНК — отрицательно заряженная макромолекула, что затрудняет ее проникновение в отрицательно заряженную клеточную мембрану. Обычно отдельные ДНК молекулы должны получать доступ к клеткам с помощью транфектных реагентов. Здесь мы маркировали TDN и Apt-TDN Cy3 для мониторинга внутриклеточного поглощения нанопартикул. После инкубации с клетками U87MG в течение 3 часов красный Cy3 флуоресцентный сигнал появился в цитоплазме клеток, указывая на то, что TDN связались с цитомеμβраной и были поглощены в клетку без помощи транфектных агентов (рис. 4a). Apt-TDN показывали более высокую красную флуоресценцию, что предполагает, что наличие Gint4.T аптамера значительно увеличило поглощение ДНК тетраэдра клетками U87MG. Однако, когда добавляли свободный аптамер, Cy3 флуоресценция снижалась до уровня, наблюдаемого для TDN в одиночестве. Из-за конкуренто-ингибиторного действия свободного аптамера мы заключаем, что аптамер на TDN не мог способствовать поглощению TDN. На основе этой конкуренто-ингибиции мы доказали, что Apt-TDN может таргетировать клетки U87MG. Потоковая цитометрия дополнительно доказала, что процент Cy3-позитивных клеток U87MG был выше в группе Apt-TDN, чем в группе TDN. Свободный Apt снижал процент Cy3-позитивных клеток U87MG в группе Apt-TDN (рис. 4b).

a — Поглощение клетками U87MG TDN и Apt-TDN (TDN-Gint4.T). TDN входили в клетки U87MG напрямую без транфектных агентов, и поглощение Apt-TDN (связанного с аптамером Gint4.T) было значительно увеличено и конкуренто-ингибировано свободным Apt (Gint4.T), указывая на то, что аптамер Gint4.T играет значительную роль в клеточном таргетировании. Масштабная линейка представляет 50 мкм. b — Кривые потоковой цитометрии показывают внутриклеточное поглощение TDN, Apt-TDN и Apt-TDN+Apt после инкубации 3 часа.

Клеточное поглощение DOX@TDN и DOX@Apt-TDN

Мы использовали характерный флуоресцентный спектр доксорубицина для оценки эффективности поглощения лекарства. После 3 часов лечения внутриклеточный доксорубицин визуализировали флуоресцентной микроскопией (рис. 5a). Свободный доксорубицин мог входить в клетки U87MG и локализовывался в ядре. С добавлением DOX@TDN флуоресценция была выше, чем у свободного доксорубицина. Этот результат предполагал, что ДНК нанопартикулы усиливали клеточное поглощение доксорубицина. Когда добавляли DOX@Apt-TDN, красный сигнал в ядре был еще выше, чем у клеток, которым добавляли DOX@TDN. Полуколичественный анализ внутриклеточного поглощения DOX дополнительно подтвердил, что Apt-TDN способствовал более чем двукратному увеличению внутриклеточного поглощения DOX по сравнению с одиночным лекарством. Мы предполагаем, что это связано с Gint4.T-специфическим связыванием с рецепторами, после чего больше нанопартикул могут войти в клетку. После переваривания в лизосомах доксорубицин может высвобождаться в цитоплазму и дальше функционировать в ядре.

a — Клеточное поглощение DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN. Модифицированные аптамером Gint4.T, Apt-TDN могли доставлять больше доксорубицина в клетки U87MG, чем TDN. Кроме того, TDN могли нести больше лекарства в клетки, чем лекарство в одиночестве. Масштабные линейки указывают 50 мкм. b — Полуколичественный анализ интенсивности флуоресценции доксорубицина с обработкой ФБС, DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN (по сравнению с пустым: *p < 0,05, **p < 0,01).

Цитотоксичность DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN

Для исследования цитотоксичности три группы клеток U87MG лечились различными концентрациями доксорубицина (рис. 6a). Значения IC₅₀ для доксорубицина составляли 13,39 мкМ для лечения DOX, 7,826 мкМ для DOX@TDN и 4,205 мкМ для DOX@Apt-TDN. Среди трех лечений DOX@Apt-TDN показал наивысшую цитотоксичность через 24 часа, что указывало на специфичность Apt-TDN для клеток U87MG. Через 24 часа клетки в группах DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN собирали и использовали для исследования ранней апоптозы. Наши данные показали, что скорость ранней апоптозы была выше в группе DOX@Apt-TDN, чем в других двух группах (рис. 6b). Более того, пропорция клеток в фазе G0/G1 увеличилась в группе DOX-Apt-TDN по сравнению с группами DOX и DOX-TDN (p < 0,01), и отношение клеток в S-фазе снизилось в группе DOX-Apt-TDN (p < 0,01) (рис. 6c). Процент клеток в G2 фазе не менялся (данные не показаны).

a — Цитотоксичность DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN при различных концентрациях. Ингибиторная скорость клеток U87MG значительно увеличивалась с повышением концентрации DOX, но группы DOX@TDN и DOX@Apt-TDN демонстрировали значительно повышенную цитотоксичность по сравнению с группой DOX. Ингибиторная скорость клеток группы DOX@Apt-TDN также была значительно выше, чем у группы DOX@TDN (по сравнению с DOX, **p < 0,05; по сравнению с DOX, ***p < 0,01; по сравнению с DOX@Apt-TDN, #p < 0,05). b — Апоптоз клеток U87MG после инкубации с ФБС, DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN в течение 24 часов. c — Гистограммы потоковой цитометрии клеточного цикла U87MG после инкубации с ФБС, DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN в течение 24 часов (по сравнению с контролем, **p < 0,05; по сравнению с контролем, ***p < 0,01; по сравнению с DOX@Apt-TDN, #p < 0,01).

Обсуждение

Будь то in vitro или in vivo эксперименты, стабильность лекарства и его транспортера должна быть определена. После сборки TDN его стабильность сначала определялась in vitro. Это исследование показало, что 3D структура ДНК нанопартикул может улучшить их стабильность в сыворотке за счет ингибирования связывания ферментов. Биологическая безопасность соответствующей наноструктуры — самое важное требование для ее применения. Никакой значимой цитотоксичности не наблюдалось в клетках U87MG, ко-культивированных с различными концентрациями TDN в течение 24 или 48 часов. Ни одна из ДНК последовательностей, использованных в данном исследовании, не кодирует никакой генетической информации, и никаких побочных эффектов не сообщалось в тесте цитотоксичности. Следовательно, TDN может служить безопасным и стабильным транспортером лекарств.

Таргетирующая эффективность аптамер-модифицированной наноструктуры критически важна для селективной доставки лекарства к раковым клеткам. В отличие от антител, аптамеры химически стабильны, недороги и могут производиться в массовом порядке. Кроме того, в отличие от других материалов, аптамеры могут легко связывать ДНК тетраэдр, используя принцип комплементарности оснований. Таким образом, комбинация аптамеров и ДНК тетраэдров закладывает основу для таргетированной доставки лекарств и лечения следующего поколения. Наши результаты показали, что TDN могли входить в клетки без транфектных агентов, что аналогично результатам Walsh et al. и Ma et al. По сравнению с TDN, поглощение Apt-TDN клетками U87MG было значительно увеличено. После добавления свободного аптамера это увеличение исчезло. Этот результат указывает на то, что Gint4.T является PDGFRβ-специфическим антагонистом. Наше исследование продемонстрировало, что Gint4.T аптамер может таргетировать клетки U87MG из-за высокой экспрессии PDGFRβ на поверхности клеток глиомы. Camorani et al. также показали, что Gint4.T аптамер может таргетировать опухолевые клетки, специфически взаимодействуя с внеклеточным доменом PDGFRβ. Преимущества таргетирования Gint4.T аптамера были продемонстрированы в некоторой степени через in vitro исследования, но дальнейшие in vivo тесты необходимы для подтверждения этих выводов. Это исследование также подтвердило, что DOX@Apt-TDN более цитотоксичен, чем DOX или DOX@TDN, что, вероятно, происходит из двух факторов. Во-первых, Gint4.T аптамер может специфически связывать внеклеточные домены PDGFR, блокируя пролиферацию опухолевых клеток и ингибируя рост опухолевых клеток. Это согласуется с нашими экспериментальными результатами. По сравнению с контрольной группой, изменения клеточного цикла U87MG после лечения DOX, DOX@TDN и DOX@Apt-TDN значительно увеличились в G0/G1 фазе опухолевых клеток, уменьшились в S-фазе клеток и заблокировали опухолевые клетки в G0/G1 фазе, указывая на то, что они могут ингибировать клеточный цикл U87MG и ингибировать их пролиферацию. По сравнению с группами DOX и DOX@TDN, группа DOX@Apt-TDN имела значительно более сильную способность ингибировать пролиферацию клеток U87MG. Кроме того, Gint4.T специфически связывает опухолевые клетки и усиливает клеточное таргетирование комплекса DOX@Apt-TDN. Таким образом, мы можем повысить эффективность таргетирования лекарства и снизить системную дозировку противоопухолевых лекарств для предотвращения их системных побочных эффектов.

Заключение

Модификация Gint4.T увеличила специфичность и эффективность TDN в терапии глиомы за счет таргетирования PDGFRβ, который экспрессируется в больших количествах на клетках глиомы. Кроме того, когда загруженные Apt-TDN, они могли значительно усилить противоопухолевые эффекты DOX. Следовательно, DOX@Apt-TDN может служить перспективной терапевтической стратегией против глиомы для пациентов. Недостаток данного исследования заключается в том, что оно проверено только in vitro. В дальнейшем исследовании мы будем дополнительно исследовать на животных моделях.

Наноматериалы

  1. Максимизация передаточной эффективности порошкового покрытия с автономной робототехникой
  2. Магнитное управление эндотелиальными клетками in vitro с использованием наночастиц GaN/Fe
  3. Ультрачувствительный электрохимический ДНК-биосенсор для детекции Vibrio cholerae на полистирол-акриловой кислоте…
  4. Золотые наночастицы, модифицированные 6-меркаптопурином и пептидом от бешенства, усиливают пролиферацию и вы…
  5. Кристаллические Si солнечные элементы с черным кремнием на задней стороне: повышение КПД через градиентную ин…
  6. Графиновый оксид–серебряные наночастицы нанокомпозиты: мощный антибактериальный и антигрибковый агент
  7. Высокоэффективная (20,19%) инвертированная пирамидальная моно-кристаллическая кремниевая солнечная ячейка, по…
  8. Оценка модуляции C60 фуллереном связывания дифенил-N-(трихloroацетил)амидофосфата с ДНК и цитотоксичности в клет…
  9. Значительное повышение эффективности планарных гетероструктурных солнечных элементов на основе Sb₂S₃ за счет…
  10. Максимизация эффективности сварки с кастомной сварочной ячейкой RW950