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Focused ultrasound on the substantia nigra enables safe neurotensin-polyplex nanoparticle-mediated gene delivery to dopaminergic neurons intranasally and by blood circulation.
Mascotte-Cruz, Juan U; Vera, Arturo; Leija, Lorenzo; Lopez-Salas, Francisco E; Gradzielski, Michael; Koetz, Joachim; Gatica-García, Bismark; Rodríguez-Oviedo, C P; Valenzuela-Arzeta, Irais E; Escobedo, Lourdes; Reyes-Corona, David; Gutierrez-Castillo, M E; Maldonado-Berny, Minerva; Espadas-Alvarez, Armando J; Orozco-Barrios, Carlos E; Martinez-Fong, Daniel.
Afiliación
  • Mascotte-Cruz JU; Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, San Pedro Zacatenco, 07360, Ciudad de México, México.
  • Vera A; Departamento de Ingeniería Eléctrica-Bioelectrónica, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Ciudad de Mexico, México.
  • Leija L; Departamento de Ingeniería Eléctrica-Bioelectrónica, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Ciudad de Mexico, México.
  • Lopez-Salas FE; Departamento de Biología Molecular y Biotecnología, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México Instituto de Investigaciones Biomédicas, Ciudad de Mexico, México.
  • Gradzielski M; Institut für Chemie, Stranski-Laboratorium für Physikalische und Theoretische Chemie, Technische Universität Berlin, Berlin, Germany.
  • Koetz J; Institut für Chemie , Universität Potsdam, Potsdam, Germany.
  • Gatica-García B; Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, San Pedro Zacatenco, 07360, Ciudad de México, México.
  • Rodríguez-Oviedo CP; Nanoparticle Therapy Institute, Aguascalientes, México.
  • Valenzuela-Arzeta IE; Nanoparticle Therapy Institute, Aguascalientes, México.
  • Escobedo L; Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, San Pedro Zacatenco, 07360, Ciudad de México, México.
  • Reyes-Corona D; Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, San Pedro Zacatenco, 07360, Ciudad de México, México.
  • Gutierrez-Castillo ME; Nanoparticle Therapy Institute, Aguascalientes, México.
  • Maldonado-Berny M; Centro Interdisciplinario de Investigaciones y Estudios Sobre Medio Ambiente y Desarrollo, Departamento de Biociencias e Ingeniería, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de Mexico, México.
  • Espadas-Alvarez AJ; Departamento de Fisiología, Biofísica y Neurociencias, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Av. Instituto Politécnico Nacional No. 2508, San Pedro Zacatenco, 07360, Ciudad de México, México.
  • Orozco-Barrios CE; Centro Interdisciplinario de Investigaciones y Estudios Sobre Medio Ambiente y Desarrollo, Departamento de Biociencias e Ingeniería, Instituto Politécnico Nacional, Ciudad de Mexico, México.
  • Martinez-Fong D; CONAHCYT - Unidad de Investigaciones Médicas en Enfermedades Neurológicas, Hospital de Especialidades "Dr. Bernardo Sepúlveda", Centro Médico Nacional Siglo XXI, Instituto Mexicano del Seguro Social, Ciudad de Mexico, México.
Discov Nano ; 19(1): 60, 2024 Apr 02.
Article en En | MEDLINE | ID: mdl-38564106
ABSTRACT
Neurotensin-polyplex nanoparticles provide efficient gene transfection of nigral dopaminergic neurons when intracerebrally injected in preclinical trials of Parkinson's disease because they do not cross the blood-brain barrier (BBB). Therefore, this study aimed to open BBB with focused ultrasound (FUS) on the substantia nigra to attain systemic and intranasal transfections and evaluate its detrimental effect in rats. Systemically injected Evans Blue showed that a two-pulse FUS opened the nigral BBB. Accordingly, 35 µL of neurotensin-polyplex nanoparticles encompassing the green fluorescent protein plasmid (79.6 nm mean size and + 1.3 mV Zeta-potential) caused its expression in tyrosine hydroxylase(+) cells (dopaminergic neurons) of both substantiae nigrae upon delivery via internal carotid artery, retro-orbital venous sinus, or nasal mucosa 30 min after FUS. The intracarotid delivery yielded the highest transgene expression, followed by intranasal and venous administration. However, FUS caused neuroinflammation displayed by infiltrated lymphocytes (positive to cluster of differentiation 45), activated microglia (positive to ionized calcium-binding adaptor molecule 1), neurotoxic A1 astrocytes (positive to glial fibrillary acidic protein and complement component 3), and neurotrophic A2 astrocytes (positive to glial fibrillary acidic protein and S100 calcium-binding protein A10), that ended 15 days after FUS. Dopaminergic neurons and axonal projections decreased but recuperated basal values on day 15 after transfection, correlating with a decrease and recovery of locomotor behavior. In conclusion, FUS caused transient neuroinflammation and reversible neuronal affection but allowed systemic and intranasal transfection of dopaminergic neurons in both substantiae nigrae. Therefore, FUS could advance neurotensin-polyplex nanotechnology to clinical trials for Parkinson's disease.
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Texto completo: 1 Colección: 01-internacional Base de datos: MEDLINE Idioma: En Revista: Discov Nano Año: 2024 Tipo del documento: Article Pais de publicación: Suiza
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