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Quantitative analysis of endosomal escape and intracellular delivery via bioorthogonal luminescent reaction

Description du projet

Quantifier l’administration intracellulaire et l’échappement endosomal des produits biothérapeutiques

L’administration intracellulaire de biomacromolécules imperméables aux membranes est cruciale pour réaliser des progrès dans les sciences de la vie, couvrant la recherche et les applications biomédicales. Le projet BioLure, financé par le CER, mettra au point une méthode permettant de mesurer quantitativement l’administration intracellulaire et l’échappement endosomal à l’aide d’une réaction luminescente bio-orthogonale dans des cellules vivantes. Contrairement aux approches conventionnelles qui utilisent de grands fluorophores, ce projet recourt à un seul acide aminé pour marquer la molécule d’intérêt (MOI pour «molecule of interest»), minimisant ainsi les altérations de ses propriétés. Cette étiquette génère un substrat de luciférase dans le cytoplasme en cas de translocation réussie, facilitée par des réactions bio-orthogonales sélectives. Le projet se concentrera sur l’administration de protéines par rupture de membrane, validera les résultats avec des méthodes complémentaires, et évaluera l’échappement endosomal pour différentes MOI, y compris les ARNsi thérapeutiques.

Objectif

Intracellular delivery of membrane-impermeable biomacromolecules is essential for a broad spectrum of life sciences, ranging from fundamental biological studies to applied biomedical and pharmaceutical sciences. Despite the great efforts in developing new intracellular delivery nanocarriers in the recent 20 years, simple, high-throughput, and accurate intracellular delivery quantification in live cells is still technically challenging. In BioLure, I propose an unconventional approach to quantify intracellular delivery and endosomal escape by a bioorthogonal luminescent reaction in live cells. Instead of a bulky fluorophore, I will label the molecule of interest (MOI) to be delivered with a single amino acid tag, which causes minimal changes in MOI’s physicochemical properties and functions. The tag will generate luciferase substrate inside live cells upon successful translocation into the cytoplasm by bioorthogonal reactions with chemoselectivity, rapid kinetics, biocompatibility, and high efficiency. The quantification strategy will initially be applied to the intracellular delivery of proteins via physical membrane disruption and validated by complementary methods. It will then be expanded to nanocarrier-mediated endosomal escape with different MOIs, including therapeutic siRNAs. The successful endosomal escape quantification will allow further nanoparticle screening for siRNA delivery.

I envision that BioLure will lead to a paradigm shift in the intracellular delivery field, facilitating the transformation from qualitative routine fluorescence imaging to high-throughput real-time quantification. The high sensitivity and low background make it an appealing tool for biologists to study endosomal escape and for material scientists to develop potent next-generation non-viral intracellular nanocarriers. Eventually, it will facilitate the design and screening of endosomal escape carriers and future nanomedicine formulations.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

Voir tous les projets financés dans le cadre de ce programme de financement

Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG

Voir tous les projets financés au titre de cet appel

Institution d’accueil

HELSINGIN YLIOPISTO
Contribution nette de l'UE
€ 1 488 074,00
Adresse
FABIANINKATU 33
00014 Helsinki
Finlande
Région
Manner-Suomi Helsinki-Uusimaa Helsinki-Uusimaa
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 488 074,00

Bénéficiaires (1)