Effect of polyplex surface charge on cellular internalization and intracellular trafficking

内化 内吞作用 聚乙烯亚胺 内吞循环 细胞内 基因传递 转染 内体 生物物理学 细胞生物学 表面电荷 聚谷氨酸 化学 生物 生物化学 细胞 基因 物理化学
作者
Landon Mott,Caleb Akers,Daniel W. Pack
出处
期刊:Journal of Drug Delivery Science and Technology [Elsevier BV]
卷期号:84: 104465-104465 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.jddst.2023.104465
摘要

Design of non-viral gene delivery vectors requires optimization of various physical properties to maximize transgene expression. In particular, polyplex surface charge plays an important role in particle interactions with biological constituents including serum proteins and the plasma membrane. Ternary polyplexes comprising 25-kDa branched polyethylenimine (PEI), 15-kDa poly(α-glutamic acid) (PGA), and DNA were prepared by electrostatic complexation, and the surface charge was controlled by varying the ratio of polycation and polyanion. Cellular internalization of positively and negatively charged polyplexes was similar, but positively charged polyplexes exhibited superior gene delivery efficiency, suggesting differences in intracellular processing depending on surface charge. Thus, pharmacological inhibitors were used to evaluate the endocytic mechanisms involved in internalization and intracellular trafficking of PGA/PEI/DNA polyplexes of positive (+11 mV) and negative (−11 mV) zeta potential. Positively charged polyplexes were internalized primarily through caveolin-dependent endocytosis and avoided trafficking to lysosomes. Negatively charged polyplexes, however, were internalized to a greater extent by clathrin-dependent endocytosis and were found in acidified endolysosomal compartments, likely leading to degradation and poor gene delivery. Thus, transfection mediated by PGA/PEI/DNA polyplexes, may benefit from the addition of targeting ligands that would facilitate internalization through caveolin-dependent endocytosis while retaining advantages of negatively charged particles, including serum stability and low cytotoxicity.
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