TITLE

Control of DNA incorporation into nanoparticles with poly(L-lysine) multilayers

AUTHOR(S)
Dorris, Annie C.; Douglas, Kimberly L.; Tabrizian, Maryam; Barrett, Christopher J.
PUB. DATE
December 2008
SOURCE
Canadian Journal of Chemistry;Dec2008, Vol. 86 Issue 12, p1085
SOURCE TYPE
Academic Journal
DOC. TYPE
Article
ABSTRACT
Nanoparticles coated with DNA and poly(L-lysine) (PLL) were prepared using a layer-by-layer assembly technique under various solution conditions. Both the level of DNA loading into the materials, the rate and the extent of DNA released from films upon degradation were controlled by varying the pH of polyelectrolyte assembly solutions. To determine optimal conditions for DNA loading, analogous films assembled on flat surfaces were prepared under various pH conditions. Using UV–vis spectroscopy and thin-film ellipsometry, it was found that the extent of DNA incorporation could be varied by more than a factor of two, and that the highest loading was obtained for films built using a combination of DNA and poly(L-lysine) solutions of pH = 4 and pH = 7, respectively. The layers coated onto the silica nanoparticles permitted the surface charge to be characterized by zeta potential electrophoresis. Furthermore, the acid–base dissociation constant measured for PLL on the outermost layer of the DNA/PLL film showed that the pKa of PLL can be shifted by more than three units. Film degradability was investigated via the exposure of films assembled under different pH conditions to α-chymotrypsin. The fraction of DNA released from degraded films can also be increased by a factor of three when films are built under conditions of pH = 4 for the DNA solution. The resultant effect on the transfection ability of pEGFP-N1/PLL coated particles was then measured, and results suggest that the control achieved over the bulk film properties also extends to a strong influence on cell uptake and transfection.Key words: polyelectrolyte multilayer, DNA incorporation, enzymatic degradation, nanoparticles, gene therapy. Des nanoparticules enrobées d’ADN et de poly(L-lysine) ont été preparées sous différentes conditions par la technique d’assemblage de multicouches. Le degré d’incorporation d’ADN dans le matériau ainsi que la vitesse et la quantité d’ADN libérée du film, préalablement soumis à une degradation enzymatique, peuvent être contrôlés par la variation du pH des solutions de polyélectrolytes utilisés lors de l’assemblage. Des films analogues assemblés sur des surfaces planes ont aussi été préparés sous des combinaisons de pH différentes afin de caractériser par ellipsométrie et spectroscopie UV–vis les conditions d’incorporation d’ADN optimales. Il a été démontré que l’incorporation d’ADN peut être multilplié par un facteur supérieur à deux et que son incorporation est maximale lorsque l’assemblage d’ADN et de poly(L-lysine) s’effectue à des pH respectifs de 4 et 7. Afin de permettre la caractérisation des charges de surface par electrophorèse du potentiel zeta, des multicouches ont été deposées sur des nanoparticules de silica. La mesure de la constante de dissociation acide-base du poly(L-lysine), formant la couche terminale des films d’ADN/poly(L-lysine), a démontrée que la valeur de pKa du polymère peut varier de trois unités. L’étude de dégradation des films par l’enzyme α-chymotrypsin a aussi demontrée que la fraction d’ADN libérée des films peut être augmentée d’un facteur de trois lorsque les films sont construits à partir de la solution d’ADN à pH 4. Finalement, les résultats de l’étude sur la capacité de transfection des particules enrobées de pEGFP/poly(L-lysine) suggèrent que le contrôle obtenu sur les propriétés du film d’origine influence fortement l’ingestion cellulaire et la transfection.Mots-clés : multicouches de polyélectrolytes, incorporation d’ADN, dégradation enzymatique, nanoparticles, thérapie génique.
ACCESSION #
35488487

 

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