Titel: Oberflächenchemie orchestriert die immunologischen Identitäten von Nanokunststoffen durch Protein-Corona-Bildung Wissenschaftliche Fragestellung: Wie kodieren die über den Blutkreislauf exponierten Oberflächenfunktionsgruppen von Nanokunststoffen (PS) spezifisch die im Serum gebildete Protein-Corona? Wie bestimmt diese differenzierte Protein-Corona, die durch Oberflächenchemie erzeugt wird, die Muster der Immunerkennung, zellulären Reaktionen und letztendlichen toxischen Wirkungen von Nanopartikeln in Mäusen? Methoden: Zuerst wurden 200 nm Polystyrol-Nanopartikel mit Carboxyl- (PS-COOH), Amino- (PS-NH2) und unmodifizierten (PS) Oberflächenmodifikationen ausgewählt und charakterisiert. Diese wurden dann in vitro mit Mausserum inkubiert, und eine proteomische Analyse wurde mittels Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie durchgeführt, um die differentielle Expression von Proteinen in den drei Protein-Coronas zu identifizieren. Dieser Vergleich verdeutlichte die spezifischen regulatorischen Effekte von Oberflächenfunktionsgruppen auf die Zusammensetzung der Protein-Corona. Anschließend wurde ein Blutexpositionsmodell (Schwanzveneninjektion) etabliert, und eine Transkriptomsequenzierung wurde an peripheren Blutzellen von Mäusen auf Einzelzellebene durchgeführt. Eine differentielle Expressionsgenanalyse und KEGG-Pathway-Anreicherungsanalyse wurden an den Sequenzierungsdaten für jede Zellsubpopulation durchgeführt, um systematisch die immunspezifischen Transkriptionsprofile zu kartieren, die durch Nanokunststoffe mit unterschiedlichen Protein-Coronas induziert werden. Schließlich wurden unter Verwendung von Mausmakrophagen als In-vitro-Modell Bare-Partikel-Gruppen und vorbeschichtete Protein-Corona-Partikel-Gruppen etabliert. Die Zellviabilität wurde mit der CCK-8-Methode beurteilt, die zelluläre Aufnahmeeffizienz wurde mittels Durchflusszytometrie quantifiziert und die Spiegel entzündungsfördernder Zytokine wurden mittels ELISA gemessen. Eine Spearman-Korrelationsanalyse wurde durchgeführt, um Protein-Corona-Zusammensetzungsdaten mit zellulären Funktionsdaten zu integrieren, wodurch eine quantitative Beziehung zwischen der Adsorption von Schlüsselproteinen und biologischen Effekten hergestellt wurde, mit dem Ziel, die komplexen Interaktionsmechanismen zwischen Oberflächenfunktionsgruppen, Proteinadsorption und Immunantworten aufzudecken. Schlussfolgerungen: Die Studie zeigt, dass die Oberflächenladung ein entscheidender Faktor bei der Regulierung der Zusammensetzung der Protein-Corona ist. Die Carboxylierung führt zu einer spezifischen Anreicherung von Komplement- und Gerinnungsproteinen, während die Aminierung hauptsächlich Apolipoproteine und Albumin adsorbiert. Diese spezifische Adsorption ist nicht zufällig, sondern wird durch molekulare Eigenschaften wie Oberflächenpotential und isoelektrischen Punkt des Proteins angetrieben, wodurch eine präzise Umwandlung von oberflächenchemischen Informationen in eine biologische molekulare Identität erreicht wird. PS-COOH mit einer Komplementprotein-Corona wird effizient von Makrophagen über Komplementrezeptoren und andere Wege erkannt und endozytiert, wodurch spezifisch die NF-κB-Signalachse aktiviert und klassische Entzündungspfade wie TNF und IL-17 angetrieben werden, was eine starke Immunantwort auslöst. Im Gegensatz dazu ahmt PS-NH2 mit einer Apolipoprotein-Corona endogene Lipoproteinpartikel nach, wodurch die schnelle Clearance durch das endotheliale Phagozytensystem reduziert, die Halbwertszeit im Blut verlängert und primär die Hochregulierung von Genen der mitochondrialen Atmungskette und die Störung von oxidativen Phosphorylierungspfaden induziert wird.
