さまざまなサイズのポリマーナノ粒子が細胞膜バリアを克服します

ポリマーナノ粒子は、病気の治療におけるキャリアまたはマーカーとして、または生物医学的応用の診断として大きな可能性を秘めています。関心のある場所へのペイロードの有効な細胞内送達のための最適な条件を見つけることは、依然として大きな課題です。粒子は、細胞膜の障壁を克服する必要があります。ここでは、サイズと表面電荷が異なる蛍光ポリスチレン粒子のHeLa細胞の取り込みを調査しました。非イオン性界面活性剤LutensolAT50®（132 nm、180 nm、242 nm、816 nm、直径846 nm）で安定化された粒子は、分散重合により合成されました。カチオン性粒子（120 nm、208 nm、267 nm、直径603 nm）は、カチオン性界面活性剤を使用したミニエマルジョンと種子分散重合の組み合わせによって得られました（セチルトリメチルアンモニウム塩化物（CTMA-CL）。スキャン顕微鏡検査とフローサイトメトリー。非イオン性粒子は、そのサイズとは無関係に、ほとんど検出可能なレベルでのみ細胞によって取り込まれたため、定量的な比較を悪化させました。これらのパラメーター：材料量または粒子数または総相互作用表面積のいずれか。取り込みは、粒子の数よりも培地に存在するポリマー材料の総量に依存することがわかりました。総粒子の表面積は線形に相関しませんしたがって、バイオバリアの「細胞膜」を克服するために、総表面積と細胞エンドサイトーシスプロセスの間に直接的な依存性がないことを示します。これは、ダイナミンだけでなくアクチンフィラメントに依存する一種のマクロピノサイトーシスですが、クラスリンに依存しません。

Polymeric nanoparticles have tremendous potential either as carriers or markers in treatment for diseases or as diagnostics in biomedical applications. Finding the optimal conditions for effective intracellular delivery of the payload to the location of interest is still a big challenge. The particles have to overcome the barrier of the cell membrane. Here, we investigated the uptake in HeLa cells of fluorescent polystyrene particles with different size and surface charge. Particles stabilized with the nonionic surfactant Lutensol AT50® (132 nm, 180 nm, 242 nm, 816 nm, 846 nm diameter) were synthesized via dispersion polymerization. Cationic particles (120 nm, 208 nm, 267 nm, 603 nm diameter) were obtained by a combination of miniemulsion and seed dispersion polymerization using cationic surfactant (cetyltrimethylammonium chloride (CTMA-Cl). The particle uptake into HeLa cells was studied by confocal laser scanning microscopy and flow cytometry. Nonionic particles were - independent of their size - taken up by cells only at a barely detectable level, thus aggravating a quantitative comparison. The uptake of positively charged particles was substantially higher and therefore enabling further investigation keeping constant one of these parameters: either material amount or particles number or total interaction surface area. It was found that the uptake rather depends on the total amount of polymeric material present in the media than on the number of particles. The total particle's surface area does not correlate linearly with the uptake, thus indicating that there is no direct dependency between the total surface area and the cellular endocytotic process to overcome the biobarrier "cell membrane." A potentially novel uptake mechanism is found which can be described as an excavator shovel like mechanism. It is a kind of macropinocytosis dependent on actin filaments as well as dynamin, but is clathrin-independent.