脂質ベースの液晶ナノ粒子と血管内皮細胞の生体相互作用を理解するためのシンクロトロンサックスとのin vitro細胞培養との結合

異なる内部ナノ構造、特に3D命令キューボソーム（V2相）と2D命令のヘキソソーム（H2相）を所有する非甲状腺類脂質ベースの液晶（LLC）ナノ粒子は、薬物送達システムとして関心が高まっています。それらの発達を促進するために、健康なヒト臍静脈内皮細胞（HUVEC）との相互作用を理解することが重要です。この目的のために、血管の基本的な形態（すなわち、尿細管内腔）とin vivo微小環境（つまり生理学的せん断ストレス）を再現する3D細胞内の細胞モデルが生体模倣試験プラットフォームとして使用され、バイオナノ粒子の相互作用は、従来の2Dプラナル文化と比較されました。共焦点顕微鏡イメージングにより、ナノ粒子が2時間以内にHuvecに内在化され、キューボソームとヘキソソームのナノ粒子細胞相互作用は互いに有意な差がなかったことが明らかになりました。低流体せん断応力条件（すなわち、0.8 Dynes/cm2での静脈シミュレーション）は、静的2D培養と比較して、ナノ粒子細胞相互作用の程度に微妙な効果を課すことが示されました。シンクロトロンベースの小角X線散乱（SAXS）技術を使用したリアルタイム相の動作分析により、キューボソームとヘキソソーム間の細胞相互作用の予期しない類似性が明らかになりました。ナノ粒子が循環条件下でHuvecsと接触すると、キューボソームは徐々にヘキソソームに進化しました（16分以内）。対照的に、ヘキソソームは格子パラメーターの最小限の変化で元の内部構造を保持しました。この研究では、粒子構造がその場で検証されるように、時間分解SAXS分析などの高解像度分析と細胞研究を結合する必要性を強調し、細胞相互作用のダイナミクスと生物医学的用途向けの粒子の潜在的なバイオ誘導変化の正確な解釈を可能にします。グラフィカルアブストラクト。

Nonlamellar lipid-based liquid crystalline (LLC) nanoparticles possessing different internal nanostructures, specifically the 3D-ordered cubosomes (V2 phase) and the 2D-ordered hexosomes (H2 phase), are of increasing interest as drug delivery systems. To facilitate their development, it is important that we understand their interactions with healthy human umbilical vein endothelial cells (HUVECs). To this end, a 3D cells-in-a-tube model that recapitulates the basic morphology (i.e. tubular lumen) and in vivo microenvironment (i.e. physiological shear stress) of blood vessels was employed as a biomimetic testing platform, and the bio-nanoparticle interactions were compared with that of the conventional 2D planar cell culture. Confocal microscopy imaging revealed internalisation of the nanoparticles into HUVECs within 2 h and that the nanoparticle-cell interactions of cubosomes and hexosomes were not significantly different from one another. Low fluid shear stress conditions (i.e. venous simulation at 0.8 dynes/cm2) were shown to impose subtle effects on the degree of nanoparticle-cell interactions as compared with the static 2D culture. The unexpected similarity of cellular interactions between cubosomes and hexosomes was clarified via a real-time phase behaviour analysis using the synchrotron-based small-angle X-ray scattering (SAXS) technique. When the nanoparticles came into contact with HUVECs under circulating conditions, the cubosomes gradually evolved into hexosomes (within 16 min). In contrast, the hexosomes retained their original internal structure with minimal changes to the lattice parameters. This study highlights the need to couple cellular studies with high-resolution analytics such as time-resolved SAXS analysis to ensure that particle structures are verified in situ, enabling accurate interpretation of the dynamics of cellular interactions and potential bio-induced changes of particles intended for biomedical applications. Graphical abstract.