Nanocarrier imaging at single-cell resolution across entire mouse bodies with deep learning

纳米载体 分辨率(逻辑) 高分辨率 细胞生物学 神经科学 生物 人工智能 纳米技术 计算机科学 遥感 地质学 材料科学 纳米颗粒
作者
Jie Luo,Müge Molbay,Ying Chen,Izabela Horvath,Karoline Kadletz,Benjamin Kick,Shan Zhao,Rami Al-Maskari,Inderjeet Singh,Mayar Ali,Harsharan S. Bhatia,David‐Paul Minde,Moritz Negwer,Luciano Hoeher,Gian Marco Calandra,Bernhard Groschup,Jinpeng Su,Ceren Kımna,Zhouyi Rong,Nikolas F. B. Galensowske
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:43 (12): 2009-2022 被引量:25
标识
DOI:10.1038/s41587-024-02528-1
摘要

Efficient and accurate nanocarrier development for targeted drug delivery is hindered by a lack of methods to analyze its cell-level biodistribution across whole organisms. Here we present Single Cell Precision Nanocarrier Identification (SCP-Nano), an integrated experimental and deep learning pipeline to comprehensively quantify the targeting of nanocarriers throughout the whole mouse body at single-cell resolution. SCP-Nano reveals the tissue distribution patterns of lipid nanoparticles (LNPs) after different injection routes at doses as low as 0.0005 mg kg-1-far below the detection limits of conventional whole body imaging techniques. We demonstrate that intramuscularly injected LNPs carrying SARS-CoV-2 spike mRNA reach heart tissue, leading to proteome changes, suggesting immune activation and blood vessel damage. SCP-Nano generalizes to various types of nanocarriers, including liposomes, polyplexes, DNA origami and adeno-associated viruses (AAVs), revealing that an AAV2 variant transduces adipocytes throughout the body. SCP-Nano enables comprehensive three-dimensional mapping of nanocarrier distribution throughout mouse bodies with high sensitivity and should accelerate the development of precise and safe nanocarrier-based therapeutics.
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