Nhắm mục tiêu chọn lọc vi mô bằng các điểm lượng tử

Springer Science and Business Media LLC - 2012
S. Sakura Minami1, Binggui Sun1, Ketul C. Popat2, Tiina M. Kauppinen3, Mike Pleiss1, Yungui Zhou1, Michael E. Ward3, Paul E. Floreancig4, Lennart Mucke3, Tejal A. Desai2, Li Gan3
1Gladstone Institute of Neurological Disease, 1650 Owens St., San Francisco, CA, 94158, USA
2Department of Bioengineering and Therapeutic Sciences, University of California, San Francisco, 513 Parnassus Ave., San Francisco, CA, 94143, USA
3Department of Neurology, University of California, San Francisco, 505 Parnassus Ave., San Francisco, CA, 94143, USA
4Department of Chemistry, University of Pittsburgh, 219 Parkman Ave., Pittsburgh, PA, 15260, USA

Tóm tắt

Tóm tắt Nền tảng Vi mô, những tế bào miễn dịch cư trú trong não, đã được liên kết đến tổn thương não và nhiều rối loạn thần kinh khác nhau. Tuy nhiên, vai trò chính xác của chúng trong các tình huống sinh lý bệnh khác nhau vẫn còn là một điều bí ẩn và có thể dao động từ có hại đến bảo vệ. Nhắm mục tiêu vận chuyển các hợp chất hoạt tính sinh học đến vi mô có thể giúp làm rõ những vai trò này và tạo điều kiện cho việc điều chỉnh liệu pháp các chức năng của vi mô trong các bệnh thần kinh. Phương pháp Ở đây chúng tôi sử dụng các dòng tế bào nguyên phát và tiêm tiểu phẫu vào não chuột để điều tra sự định vị đặc hiệu loại tế bào của các điểm lượng tử (QDs) trong ống nghiệm và in vivo. Hai thụ thể tiềm năng cho QDs đã được xác định bằng cách sử dụng các chất ức chế dược lý và kháng thể trung hòa. Kết quả Trong các dòng tế bào vỏ não hỗn hợp nguyên phát, QDs được vi mô chọn lọc tiếp nhận; sự tiếp nhận này bị giảm đi bởi các chất ức chế quá trình nội bào phụ thuộc clathrin, cho thấy con đường nội thể là con đường chính để QDs vào vi mô. Hơn nữa, việc ức chế các thụ thể mannose và thụ thể bẩy đại thực bào chặn sự tiếp nhận QDs của vi mô, cho thấy rằng sự tiếp nhận QD diễn ra qua quá trình nội bào của các thụ thể đặc hiệu vi mô. Khi tiêm vào não, QDs chủ yếu được vi mô tiếp nhận và với hiệu suất cao. Trong các dòng tế bào vỏ não nguyên phát, QDs kết hợp với độc tố saporin đã làm cạn kiệt vi mô trong các dòng tế bào vỏ não hỗn hợp nguyên phát, bảo vệ các neuron trong các dòng này khỏi độc tính gây ra bởi amyloid beta. Kết luận Những phát hiện này cho thấy rằng QDs có thể được sử dụng để đánh dấu và điều chỉnh vi mô một cách cụ thể trong các dòng tế bào vỏ não nguyên phát và trong não, có thể cho phép việc vận chuyển chọn lọc các tác nhân điều trị đến những tế bào này.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Frank-Cannon TC, Alto LT, McAlpine FE, Tansey MG: Does neuroinflammation fan the flame in neurodegenerative diseases? Mol Neurodegener 2009, 4:47.

Colton CA: Heterogeneity of microglial activation in the innate immune response in the brain. J Neuroimmune Pharmacol 2009, 4:399–418.

Akiyama H, McGeer PL: Brain microglia constitutively express β-2 integrins. J Neuroimmunol 1990, 30:81–93.

Town T, Nikolic V, Tan J: The microglial "activation" continuum: from innate to adaptive responses. J Neuroinflammation 2005, 2:24.

Lucin KM, Wyss-Coray T: Immune activation in brain aging and neurodegeneration: too much or too little? Neuron 2009, 64:110–122.

Block ML, Zecca L, Hong JS: Microglia-mediated neurotoxicity: uncovering the molecular mechanisms. Nat Rev Neurosci 2007, 8:57–69.

Bard F, Barbour R, Cannon C, Carretto R, Fox M, Games D, Guido T, Hoenow K, Hu K, Johnson-Wood K, et al.: Epitope and isotype specificities of antibodies to β-amyloid peptide for protection against Alzheimer's disease-like neuropathology. Proc Natl Acad Sci USA 2003, 100:2023–2028.

Wyss-Coray T, Mucke L: Inflammation in neurodegenerative disease--a double-edged sword. Neuron 2002, 35:419–432.

Chen J, Zhou Y, Mueller-Steiner S, Chen LF, Kwon H, Yi S, Mucke L, Gan L: SIRT1 Protects against Microglia-dependent Amyloid-{beta} Toxicity through Inhibiting NF-{kappa}B Signaling. J Biol Chem 2005, 280:40364–40374.

Michalet X, Pinaud FF, Bentolila LA, Tsay JM, Doose S, Li JJ, Sundaresan G, Wu AM, Gambhir SS, Weiss S: Quantum dots for live cells, in vivo imaging, and diagnostics. Science 2005, 307:538–544.

Du W, Wang Y, Luo Q, Liu BF: Optical molecular imaging for systems biology: from molecule to organism. Anal Bioanal Chem 2006, 386:444–457.

Alivisatos AP, Gu W, Larabell C: Quantum dots as cellular probes. Annu Rev Biomed Eng 2005, 7:55–76.

Bruchez M Jr, Moronne M, Gin P, Weiss S, Alivisatos AP: Semiconductor nanocrystals as fluorescent biological labels. Science 1998, 281:2013–2016.

Gao X, Cui Y, Levenson RM, Chung LW, Nie S: In vivo cancer targeting and imaging with semiconductor quantum dots. Nat Biotechnol 2004, 22:969–976.

Azzazy HM, Mansour MM, Kazmierczak SC: From diagnostics to therapy: prospects of quantum dots. Clin Biochem 2007, 40:917–927.

Jaiswal JK, Simon SM: Potentials and pitfalls of fluorescent quantum dots for biological imaging. Trends Cell Biol 2004, 14:497–504.

Vu TQ, Maddipati R, Blute TA, Nehilla BJ, Nusblat L, Desai TA: Peptide-conjugated quantum dots activate neuronal receptors and initiate downstream signaling of neurite growth. Nano Lett 2005, 5:603–607.

Delehanty JB, Mattoussi H, Medintz IL: Delivering quantum dots into cells: strategies, progress and remaining issues. Anal Bioanal Chem 2009, 393:1091–1105.

Jackson H, Muhammad O, Daneshvar H, Nelms J, Popescu A, Vogelbaum MA, Bruchez M, Toms SA: Quantum dots are phagocytized by macrophages and colocalize with experimental gliomas. Neurosurgery 2007, 60:524–529. discussion 529–530

Kauppinen TM, Swanson RA: Poly(ADP-ribose) polymerase-1 promotes microglial activation, proliferation, and matrix metalloproteinase-9-mediated neuron death. J Immunol 2005, 174:2288–2296.

Smith PK, Krohn RI, Hermanson GT, Mallia AK, Gartner FH, Provenzano MD, Fujimoto EK, Goeke NM, Olson BJ, Klenk DC: Measurement of protein using bicinchoninic acid. Anal Biochem 1985, 150:76–85.

Doherty GJ, McMahon HT: Mechanisms of endocytosis. Annu Rev Biochem 2009, 78:857–902.

Wang LH, Rothberg KG, Anderson RG: Mis-assembly of clathrin lattices on endosomes reveals a regulatory switch for coated pit formation. J Cell Biol 1993, 123:1107–1117.

Sampath P, Pollard TD: Effects of cytochalasin, phalloidin, and pH on the elongation of actin filaments. Biochemistry 1991, 30:1973–1980.

Yarar D, Waterman-Storer CM, Schmid SL: A dynamic actin cytoskeleton functions at multiple stages of clathrin-mediated endocytosis. Mol Biol Cell 2005, 16:964–975.

Hussain KM, Leong KL, Ng MM, Chu JJ: The essential role of clathrin-mediated endocytosis in the infectious entry of human enterovirus 71. J Biol Chem 2011, 286:309–321.

Krieger M, Herz J: Structures and functions of multiligand lipoprotein receptors: macrophage scavenger receptors and LDL receptor-related protein (LRP). Annu Rev Biochem 1994, 63:601–637.

Salminen A, Ojala J, Kauppinen A, Kaarniranta K, Suuronen T: Inflammation in Alzheimer's disease: amyloid-beta oligomers trigger innate immunity defence via pattern recognition receptors. Prog Neurobiol 2009, 87:181–194.

Yang CN, Shiao YJ, Shie FS, Guo BS, Chen PH, Cho CY, Chen YJ, Huang FL, Tsay HJ: Mechanism mediating oligomeric Abeta clearance by naive primary microglia. Neurobiol Dis 2011, 42:221–230.

Marzolo MP, von Bernhardi R, Inestrosa NC: Mannose receptor is present in a functional state in rat microglial cells. J Neurosci Res 1999, 58:387–395.

Meda L, Baron P, Prat E, Scarpini E, Scarlato G, Cassatella MA, Rossi F: Proinflammatory profile of cytokine production by human monocytes and murine microglia stimulated with beta-amyloid[25–35]. J Neuroimmunol 1999, 93:45–52.

El Khoury J, Hickman SE, Thomas CA, Cao L, Silverstein SC, Loike JD: Scavenger receptor-mediated adhesion of microglia to beta-amyloid fibrils. Nature 1996, 382:716–719.

Heldmann U, Mine Y, Kokaia Z, Ekdahl CT, Lindvall O: Selective depletion of Mac-1-expressing microglia in rat subventricular zone does not alter neurogenic response early after stroke. Exp Neurol 2011, 229:391–398.

Montero M, Gonzalez B, Zimmer J: Immunotoxic depletion of microglia in mouse hippocampal slice cultures enhances ischemia-like neurodegeneration. Brain Res 2009, 1291:140–152.

Mandrekar S, Jiang Q, Lee CY, Koenigsknecht-Talboo J, Holtzman DM, Landreth GE: Microglia mediate the clearance of soluble Abeta through fluid phase macropinocytosis. J Neurosci 2009, 29:4252–4262.

Boillee S, Yamanaka K, Lobsiger CS, Copeland NG, Jenkins NA, Kassiotis G, Kollias G, Cleveland DW: Onset and progression in inherited ALS determined by motor neurons and microglia. Science 2006, 312:1389–1392.

Howell OW, Rundle JL, Garg A, Komada M, Brophy PJ, Reynolds R: Activated microglia mediate axoglial disruption that contributes to axonal injury in multiple sclerosis. J Neuropathol Exp Neurol 2010, 69:1017–1033.

Tansey MG, Goldberg MS: Neuroinflammation in Parkinson's disease: its role in neuronal death and implications for therapeutic intervention. Neurobiol Dis 2010, 37:510–518.

Hamza TH, Zabetian CP, Tenesa A, Laederach A, Montimurro J, Yearout D, Kay DM, Doheny KF, Paschall J, Pugh E, et al.: Common genetic variation in the HLA region is associated with late-onset sporadic Parkinson's disease. Nat Genet 2010, 42:781–785.

Hardman R: A toxicologic review of quantum dots: toxicity depends on physicochemical and environmental factors. Environ Health Perspect 2006, 114:165–172.

Zhang T, Stilwell JL, Gerion D, Ding L, Elboudwarej O, Cooke PA, Gray JW, Alivisatos AP, Chen FF: Cellular effect of high doses of silica-coated quantum dot profiled with high throughput gene expression analysis and high content cellomics measurements. Nano Lett 2006, 6:800–808.

Clift MJ, Rothen-Rutishauser B, Brown DM, Duffin R, Donaldson K, Proudfoot L, Guy K, Stone V: The impact of different nanoparticle surface chemistry and size on uptake and toxicity in a murine macrophage cell line. Toxicol Appl Pharmacol 2008, 232:418–427.

Clift MJ, Varet J, Hankin SM, Brownlee B, Davidson AM, Brandenberger C, Rothen-Rutishauser B, Brown DM, Stone V: Quantum dot cytotoxicity in vitro: An investigation into the cytotoxic effects of a series of different surface chemistries and their core/shell materials. Nanotoxicology 2011, 5:664–74.

Seleverstov O, Phang JM, Zabirnyk O: Semiconductor nanocrystals in autophagy research: methodology improvement at nanosized scale. Methods Enzymol 2009, 452:277–296.

Seleverstov O, Zabirnyk O, Zscharnack M, Bulavina L, Nowicki M, Heinrich JM, Yezhelyev M, Emmrich F, O'Regan R, Bader A: Quantum dots for human mesenchymal stem cells labeling. A size-dependent autophagy activation. Nano Lett 2006, 6:2826–2832.

Stern ST, Zolnik BS, McLeland CB, Clogston J, Zheng J, McNeil SE: Induction of autophagy in porcine kidney cells by quantum dots: a common cellular response to nanomaterials? Toxicol Sci 2008, 106:140–152.

Zabirnyk O, Yezhelyev M, Seleverstov O: Nanoparticles as a novel class of autophagy activators. Autophagy 2007, 3:278–281.

Pattingre S, Tassa A, Qu X, Garuti R, Liang XH, Mizushima N, Packer M, Schneider MD, Levine B: Bcl-2 antiapoptotic proteins inhibit Beclin 1-dependent autophagy. Cell 2005, 122:927–939.

Thông tin
Thông tin xuất bản

Springer Science and Business Media LLC

Thông tin tác giả