TRANSENDOTHELIAL CROSSING OF GENES : DYNAMIC STUDIES OF POLYPLEXES SPECIFIC CROSSING OVER PULMONARY ENDOTHELIUM.
TRANSPORT TRANSENDOTHÉLIAL DE GÈNES : ÉTUDES DYNAMIQUES DU PASSAGE SÉLECTIF DE POLYPLEXES AU TRAVERS DE L'ENDOTHÉLIUM VASCULAIRE PULMONAIRE.
Résumé
The systemic administration of genes represents an interesting way for gene therapy treatment of cystic fibrosis or lung cancer. In this perspective, polyplexes (DNA/cationic polymer complexes) must reach the lung and cross the blood vessels to transfect the CF epithelial cells or tumor cells. Today, there are few data on transendothelial crossing of polyplexes. To improve this knowledge, we have set up a lung microvessel endothelium model and investigated the influence of cell polarisation on the uptake of polyplexes made with the histidylated polylysine (His-pLK) and with the polyethylenimine (PEI), their transfection efficiency, their ability to cross the endothelial barrier and their attachment on the cell monolayer under flow conditions. Our data show that the cell polarization decreased the uptake and the transfection efficiency of His-pLK polyplexes but not PEI polyplexes. On the contrary, polarisation of lung epithelial cells had no influence on the transfection efficiency of His-pLK polyplexes. His-pLK and PEI polyplexes were able to cross the endothelial cells monolayer and to transfect the epithelial cells via their apical and basolateral sides. Finally, the polyplexes attachment on endothelial cells was more important in microvessels than in veins flow conditions. The binding of PEI polyplexes was slightly higher than that of His-pLK polyplexes. Polyplexes made with PEI grafted with tetraglucose which exhibited specificity for endothelial cells bound three fold more than PEI polyplexes showing an endothelial cells targeting under flow conditions. Endothelial cells incubation with pro-inflammatory cytokines was found to increase the transendothelial crossing. From our data, it becomes evident that the cells physiological conditions (polarization, blood flow effects, inflammation conditions) must be take in consideration to design smart synthetic vectors for in vivo gene delivery.
L'administration systémique de gènes représente une voie intéressante pour le traitement par thérapie génique de la mucoviscidose ou des cancers pulmonaires. Dans cette optique, les polyplexes (complexes ADN/polymère cationique) doivent atteindre le poumon et traverser les vaisseaux sanguins pour transfecter les cellules épithéliales mutées ou les cellules cancéreuses. Il existe peu de données sur le passage transendothélial de polyplexes. Afin d'en améliorer les connaissances, nous avons mis au point un modèle d'endothélium microvasculaire pulmonaire et étudié l'influence de la polarisation cellulaire sur les voies d'internalisation de polyplexes formés avec la polylysine histidylée (pLK-His) et la polyéthylènimine (PEI), leur efficacité de transfection, leur capacité à traverser la barrière endothéliale et leur adhésion sur la monocouche de cellules endothéliales en conditions de flux. Les travaux réalisés montrent que la polarisation des cellules endothéliales diminue l'internalisation et l'efficacité de transfection des polyplexes pLK-His mais pas celles des polyplexes PEI. Par contre, la polarisation des cellules épithéliales n'a pas d'influence sur l'efficacité des polyplexes pLK-His. Les polyplexes pLK-His et PEI sont capables de traverser la monocouche de cellules endothéliales et transfecter des cellules épithéliales à la fois par leur côté apical et basolatéral. L'incubation des cellules endothéliales avec des cytokines pro-inflammatoires permet d'augmenter ce passage. Enfin, l'adhésion des polyplexes sur les cellules endothéliales est plus importante dans les conditions de flux des microvaisseaux que dans les conditions de flux des veines. L'adhésion des polyplexes PEI est légèrement supérieure à celle des polyplexes pLK-His. Des polyplexes formés avec une PEI sur laquelle a été greffée des motifs de tétraglucose spécifiques des cellules endothéliales adhèrent trois fois plus que les polyplexes formés avec la PEI ce qui montre un ciblage des cellules endothéliales pulmonaires en conditions de flux. L'ensemble des résultats montre qu'il est indispensable de mieux considérer les effets des conditions physiologiques des cellules (polarisation, effets du flux sanguin, conditions d'inflammation) sur la transfection pour concevoir de nouveaux vecteurs synthétiques afin d'améliorer leur efficacité in vivo.