極端な金ナノ粒子（2 nm）は、in vitro 3D脳球体モデルで浸透して細胞核に入ることができます

神経血管単位（NVU）は、内皮細胞とその血液脳関門（BBB）で構成される複雑な機能的および解剖学的構造であり、緊密な接合部を形成します。分子と薬物の効率的な障壁を表しています。しかし、それはまた、脳疾患の治療のための標的輸送を防ぎます。潜在的な薬物送達剤としての超誇張ナノ粒子の取り込みは、一次ヒト細胞（星状細胞、周皮細胞、内皮細胞）で構成される3次元共培養細胞モデル（3Dスフェロイド）で研究されました。多細胞3Dスフェロイドは、再現可能なNVUの特徴と機能を示しています。スフェロイドコアは主に星状細胞で構成され、周皮細胞で覆われていますが、脳内皮細胞は表面層を形成し、分子の輸送を調節するNVUを確立します。120時間の栽培後、細胞は共焦点レーザースキャン顕微鏡で示されるように、350 µMスフェロイドに自己組織化します。スフェロイドと3つの構成細胞タイプの両方に、さまざまな種類の蛍光超大量ナノ粒子（コア直径2 nm）の通過を、共焦点レーザー走査顕微鏡で研究しました。3種類の共有結合蛍光結合金ナノ粒子が使用されました。1つはフルオレセイン（FAM）、1つはCy3、もう1つはペプチドCGGPTPAAK-5,6-FAM-NH2です。2D細胞の共培養実験では、3種類のナノ粒子すべてが3つの細胞タイプすべてに容易に入ることがわかった。FAMおよびCy3-Labelledナノ粒子も細胞核に入ることができました。3つの溶存染料だけでは、どの細胞型にも取り上げられませんでした。同様の状況は3Dスフェロイドで進化しました：3種類のナノ粒子はスフェロイドに入りましたが、溶解した色素は溶解しませんでした。機能性の血液脳関門の存在は、スフェロイドにヒスタミンを添加することにより実証されました。その場合、血液脳関門が開き、FITCで標識された抗体とFITCのように溶解した染料が紡績に入りました。要約すると、我々の結果は、脳細胞（核を含む）、脳細胞のスフェロイド、およびおそらく脳へのイメージングまたは薬物送達に適したキャリアとして、超大型金ナノ粒子を認定します。重要な声明：3D脳球体モデルと超誇張された金ナノ粒子によるその透過性。超大型金ナノ粒子は、構成細胞に簡単に浸透し、時には細胞核に入ることさえできることを実証します。また、血液脳関門モデルの内部に入ることもできます。対照的に、蛍光染料のような小分子はそれを行うことができません。したがって、超誇大な金ナノ粒子は、薬物のキャリアとして、または脳内の画像診断に役立ちます。

The neurovascular unit (NVU) is a complex functional and anatomical structure composed of endothelial cells and their blood-brain barrier (BBB) forming tight junctions. It represents an efficient barrier for molecules and drugs. However, it also prevents a targeted transport for the treatment of cerebral diseases. The uptake of ultrasmall nanoparticles as potential drug delivery agents was studied in a three-dimensional co-culture cell model (3D spheroid) composed of primary human cells (astrocytes, pericytes, endothelial cells). Multicellular 3D spheroids show reproducible NVU features and functions. The spheroid core is composed mainly of astrocytes, covered with pericytes, while brain endothelial cells form the surface layer, establishing the NVU that regulates the transport of molecules. After 120 h cultivation, the cells self-assemble into a 350 µm spheroid as shown by confocal laser scanning microscopy. The passage of different types of fluorescent ultrasmall gold nanoparticles (core diameter 2 nm) both into the spheroid and into three constituting cell types was studied by confocal laser scanning microscopy. Three kinds of covalently fluorophore-conjugated gold nanoparticles were used: One with fluorescein (FAM), one with Cy3, and one with the peptide CGGpTPAAK-5,6-FAM-NH2. In 2D cell co-culture experiments, it was found that all three kinds of nanoparticles readily entered all three cell types. FAM- and Cy3-labelled nanoparticles were able to enter the cell nucleus as well. The three dissolved dyes alone were not taken up by any cell type. A similar situation evolved with 3D spheroids: The three kinds of nanoparticles entered the spheroid, but the dissolved dyes did not. The presence of a functional blood-brain barrier was demonstrated by adding histamine to the spheroids. In that case, the blood-brain barrier opened, and dissolved dyes like a FITC-labelled antibody and FITC alone entered the spheroid. In summary, our results qualify ultrasmall gold nanoparticles as suitable carriers for imaging or drug delivery into brain cells (sometimes including the nucleus), brain cell spheroids, and probably also into the brain. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: 3D brain spheroid model and its permeability by ultrasmall gold nanoparticles. We demonstrate that ultrasmall gold nanoparticles can easily penetrate the constituting cells and sometimes even enter the cell nucleus. They can also enter the interior of the blood-brain barrier model. In contrast, small molecules like fluorescing dyes are not able to do that. Thus, ultrasmall gold nanoparticles can serve as carriers of drugs or for imaging inside the brain.