Quantifying Intracellular Nanoparticle Distributions with Three-Dimensional Super-Resolution Microscopy.
Quantifying Intracellular Nanoparticle Distributions with Three-Dimensional Super-Resolution Microscopy.
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用三维超分辨率显微镜定量细胞内纳米颗粒的分布。
DOI：
10.1021/acsnano.2c12808
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发表时间：
2023-05-09
期刊：
影响因子：
17.1
通讯作者：
Wilhelm, Stefan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Sheth, Vinit;Chen, Xuxin;Mettenbrink, Evan M.;Yang, Wen;Jones, Meredith A.;M'Saad, Ons;Thomas, Abigail G.;Newport, Rylee S.;Francek, Emmy;Wang, Lin;Frickenstein, Alex N.;Donahue, Nathan D.;Holden, Alyssa;Mjema, Nathan F.;Green, Dixy E.;DeAngelis, Paul L.;Bewersdorf, Joerg;Wilhelm, Stefan
超分辨率显微镜可以改变我们对纳米粒子-细胞相互作用的理解。在这里，我们建立了一种超分辨率成像技术来可视化纳米颗粒在哺乳动物细胞内的分布。细胞暴露在金属纳米颗粒中，然后嵌入不同的可膨胀水凝胶中，使用标准光学显微镜进行定量三维成像，接近电子显微镜的分辨率。通过利用纳米颗粒的光散射特性，我们展示了细胞内纳米颗粒在超微结构背景下的定量无标记成像。我们证实了两种扩展显微镜方案的兼容性，蛋白质保留和泛扩展显微镜，与纳米颗粒摄取研究。我们利用质谱技术验证了不同表面修饰下纳米颗粒细胞积累的相对差异，并确定了整个单细胞的三维细胞内纳米颗粒空间分布。这种超分辨率成像平台技术可以广泛地用于了解纳米颗粒在细胞内的命运，在基础和应用研究中，潜在地为更安全、更有效的纳米药物的工程提供信息。
Super-resolution microscopy can transform our understanding of nanoparticle-cell interactions. Here, we established a super-resolution imaging technology to visualize nanoparticle distributions inside mammalian cells. The cells were exposed to metallic nanoparticles and then embedded within different swellable hydrogels to enable quantitative three-dimensional (3D) imaging approaching electron microscopy-like resolution using a standard light microscope. By exploiting the nanoparticles’ light scattering properties, we demonstrated quantitative label-free imaging of intracellular nanoparticles with ultrastructural context. We confirmed the compatibility of two expansion microscopy protocols, protein retention and pan-expansion microscopy, with nanoparticle uptake studies. We validated relative differences between nanoparticle cellular accumulation for various surface modifications using mass spectrometry and determined the intracellular nanoparticle spatial distribution in 3D for entire single cells. This super-resolution imaging platform technology may be broadly used to understand the nanoparticle intracellular fate in fundamental and applied studies to potentially inform the engineering of safer and more effective nanomedicines.
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