Efeito dos glicosaminoglicanos na adesão e internalização celular de nanopartículas de poliestireno

Abstract

Understanding the factors that regulate cellular endocytosis of synthetic nanoparticles is an important objective in many fields of science and technology, for example, in nanomedicine in applications covering drug delivery. However, despite decades of study in the field, predicting (or even explaining) specific results remains a challenge. This is not surprising, considering the many factors that can influence nanoparticle– cell interactions. One of these factors concerns the negatively charged glycosaminoglycans (GAGs) that integrate the cellular glycocalyx. Despite its importance, so far only a few studies have examined the impact of GAGs on cellular internalization of nanoparticles. Therefore, the main objective of this work was to understand the influence of surface GAGs in the internalization process of nanoparticles. Anionic and cationic polystyrene nanoparticles of 50 nm in diameter were used as a model system. Wild-type CHO (CHOK1) and mutant (CHO-745, deficient in GAG synthesis) cells were used as a model cell line. The influence of the specific GAGs heparan and chondroitin sulfates (HS and CS) on particle internalization was also evaluated through the selective enzymatic removal of these GAGs in the wild-type cells. All experimental steps were meticulously standardized to minimize variability between experiments. The results showed that the surface GAGs acted as an electrostatic filter, hindering the uptake of negatively charged particles, while enhancing the uptake of those with positive charge. Data obtained from the selective removal of HS and CS indicated that the 'electrostatic filter' function was performed mainly by HS, which is in accordance with its greater negative charge density relative to CS.

Compreender os fatores que regulam a endocitose celular de nanopartículas (NPs) sintéticas constitui um importante objetivo em muitos campos da ciência e da tecnologia, por exemplo, na nanomedicina em aplicações abrangendo entrega de fármacos. No entanto, apesar de décadas de estudo na área, prever (ou mesmo explicar) resultados específicos permanece um desafio. Isso não é surpreendente, considerando os muitos fatores que podem influenciar as interações NP–célula. Um desses fatores diz respeito aos glicosaminoglicanos (GAGs) carregados negativamente que integram o glicocálix celular. Apesar de sua importância, até agora apenas alguns estudos examinaram o impacto dos GAGs na internalização celular de NPs. Portanto, esta Dissertação teve como objetivo principal compreender a influência dos GAGs no processo de internalização de NPs de poliestireno aniônicas e catiônicas e de 50 nm de tamanho. Células CHO selvagem (CHOK1) e mutante (CHO-745, deficiente na síntese dos GAGs) foram utilizadas como modelo principal. A influência do heparam e condroitim sulfato (HS e CS) na endocitose também foi avaliada através da remoção enzimática seletiva destes GAGs nas células selvagens. Todos os experimentos foram meticulosamente padronizados para minimizar a variabilidade entre experimentos. Os resultados sugerem que os GAGs atuam, no caso específico, como um “filtro eletrostático”, dificultando a aproximação e adesão de partículas de carga negativa, mas facilitando as de carga positiva. Os dados obtidos a partir da remoção seletiva do HS e CS indicaram que a função de “filtro eletrostático” é desempenhada principalmente pelo HS, o que está de acordo com sua maior densidade de carga negativa em relação ao CS.