Dendrimer-enabled targeted delivery attenuates glutamate excitotoxicity and improves motor function in a rabbit model of cerebral palsy

小胶质细胞 兴奋毒性 谷氨酸受体 神经保护 神经炎症 化学 炎症 药理学 细胞生物学 神经科学 医学 免疫学 生物 生物化学 受体
作者
Fan Zhang,Zhi Zhang,Jesse Alt,Siva P. Kambhampati,Anjali Sharma,Sarabdeep Singh,Elizabeth Nance,Ajit G. Thomas,Camilo Rojas,Rana Rais,Barbara S. Slusher,Rangaramanujam M. Kannan,Sujatha Kannan
出处
期刊:Journal of Controlled Release [Elsevier]
卷期号:358: 27-42 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jconrel.2023.04.017
摘要

Glutamate carboxypeptidase II (GCPII), localized on the surface of astrocytes and activated microglia, regulates extracellular glutamate concentration in the central nervous system (CNS). We have previously shown that GCPII is upregulated in activated microglia in the presence of inflammation. Inhibition of GCPII activity could reduce glutamate excitotoxicity, which may decrease inflammation and promote a ‘normal’ microglial phenotype. 2-(3-Mercaptopropyl) pentanedioic acid (2-MPPA) is the first GCPII inhibitor that underwent clinical trials. Unfortunately, immunological toxicities have hindered 2-MPPA clinical translation. Targeted delivery of 2-MPPA specifically to activated microglia and astrocytes that over-express GCPII has the potential to mitigate glutamate excitotoxicity and attenuate neuroinflammation. In this study, we demonstrate that 2-MPPA when conjugated to generation-4, hydroxyl-terminated polyamidoamine (PAMAM) dendrimers (D-2MPPA) localize specifically in activated microglia and astrocytes only in newborn rabbits with cerebral palsy (CP), not in controls. D-2MPPA treatment led to higher 2-MPPA levels in the injured brain regions compared to 2-MPPA treatment, and the extent of D-2MPPA uptake correlated with the injury severity. D-2MPPA was more efficacious than 2-MPPA in decreasing extracellular glutamate level in ex vivo brain slices of CP kits, and in increasing transforming growth factor beta 1 (TGF-β1) level in primary mixed glial cell cultures. A single systemic intravenous dose of D-2MPPA on postnatal day 1 (PND1) decreased microglial activation and resulted in a change in microglial morphology to a more ramified form along with amelioration of motor deficits by PND5. These results indicate that targeted dendrimer-based delivery specifically to activated microglia and astrocytes can improve the efficacy of 2-MPPA by attenuating glutamate excitotoxicity and microglial activation.
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