Uncovering the Importance of Ligand Mobility on Cellular Uptake of Nanoparticles: Insights from Experimental, Computational, and Theoretical Investigations

内吞循环 纳米颗粒 胶体金 纳米技术 配体(生物化学) 生物物理学 材料科学 药物输送 细胞 化学 内吞作用 生物 生物化学 受体
作者
Yuanqiang Chen,Mengdie Xue,Jiali Li,Da Huo,Hong‐Ming Ding,Yu‐qiang Ma
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (8): 6463-6476 被引量:20
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c11982
摘要

The cellular uptake of nanoparticles (NPs) by biological cells is an important and fundamental process in drug delivery. Previous studies reveal that the physicochemical properties of nanoparticles as well as those of functionalized ligands can both critically affect the uptake behaviors. However, the effect of the conjugation strategy (i.e., the "bond" between the ligand and the NP) on the cellular uptake is overlooked and remains largely elusive. Here, by taking the broadly employed gold nanoparticle as an example, we comprehensively assessed the relationship between the conjugation strategy and uptake behaviors by introducing three ligands with the same functional terminal but different anchoring sites. As revealed by in vitro cell experiments and multiscale molecular simulations, the uptake efficiency of gold NPs was positively correlated with the strength of the "bond" and more specifically the ligand mobility on the NP surface. Moreover, we validated the results presented above by proposing a thermodynamic theory for the wrapping of NPs with mobile ligands. Further, we also showed that the endocytic pathway of NPs was highly dependent on ligand mobility. Overall, this study uncovered a vital role of conjugation strategy in the cellular uptake and may provide useful guidelines for tailoring the biobehaviors of nanoparticles.
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