Nanocarrier imaging at single-cell resolution across entire mouse bodies with deep learning

Publikation: Beitrag in FachzeitschriftForschungsartikelBeigetragenBegutachtung

Beitragende

  • Jie Luo - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction (Autor:in)
  • Muge Molbay - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Ying Chen - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Izabela Horvath - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction, Technische Universität München (Autor:in)
  • Karoline Kadletz - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction (Autor:in)
  • Benjamin Kick - , Technische Universität München (Autor:in)
  • Shan Zhao - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Universität Zürich, ETH Zürich (Autor:in)
  • Rami Al-Maskari - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction, Technische Universität München (Autor:in)
  • Inderjeet Singh - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V., Technische Universität München (Autor:in)
  • Mayar Ali - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Harsharan Singh Bhatia - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction (Autor:in)
  • David Paul Minde - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Moritz Negwer - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deep Piction (Autor:in)
  • Luciano Hoeher - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Gian Marco Calandra - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Bernhard Groschup - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Jinpeng Su - , Technische Universität München, Deutsche Zentrum für Infektionsforschung, Standort München (Autor:in)
  • Ceren Kimna - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction (Autor:in)
  • Zhouyi Rong - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Nikolas Galensowske - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Mihail Ivilinov Todorov - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Deep Piction (Autor:in)
  • Denise Jeridi - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deep Piction (Autor:in)
  • Tzu Lun Ohn - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Stefan Roth - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Alba Simats - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Vikramjeet Singh - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Igor Khalin - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Université de Caen Normandie (Autor:in)
  • Chenchen Pan - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Bernardo A. Arús - , Nationales Zentrum für Tumorerkrankungen (NCT) Dresden, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus Dresden, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Oliver T. Bruns - , Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Dresden, Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (Autor:in)
  • Reinhard Zeidler - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) (Autor:in)
  • Arthur Liesz - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Ulrike Protzer - , Technische Universität München, Deutsche Zentrum für Infektionsforschung, Standort München (Autor:in)
  • Nikolaus Plesnila - , Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Siegfried Ussar - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deutsches Zentrum für Diabetesforschung (DZD) e.V. (Autor:in)
  • Farida Hellal - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy) (Autor:in)
  • Johannes Paetzold - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deep Piction, Imperial College London (Autor:in)
  • Markus Elsner - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Deep Piction (Autor:in)
  • Hendrik Dietz - , Technische Universität München (Autor:in)
  • Ali Erturk - , Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), Munich Cluster for Systems Neurology (SyNergy), Deep Piction, Koc University (Autor:in)

Abstract

Efficient and accurate nanocarrier development for targeted drug delivery is hindered by a lack of methods to analyze its cell-level biodistribution across whole organisms. Here we present Single Cell Precision Nanocarrier Identification (SCP-Nano), an integrated experimental and deep learning pipeline to comprehensively quantify the targeting of nanocarriers throughout the whole mouse body at single-cell resolution. SCP-Nano reveals the tissue distribution patterns of lipid nanoparticles (LNPs) after different injection routes at doses as low as 0.0005 mg kg−1—far below the detection limits of conventional whole body imaging techniques. We demonstrate that intramuscularly injected LNPs carrying SARS-CoV-2 spike mRNA reach heart tissue, leading to proteome changes, suggesting immune activation and blood vessel damage. SCP-Nano generalizes to various types of nanocarriers, including liposomes, polyplexes, DNA origami and adeno-associated viruses (AAVs), revealing that an AAV2 variant transduces adipocytes throughout the body. SCP-Nano enables comprehensive three-dimensional mapping of nanocarrier distribution throughout mouse bodies with high sensitivity and should accelerate the development of precise and safe nanocarrier-based therapeutics.

Details

OriginalspracheEnglisch
Seiten (von - bis)2009-2022
Seitenumfang14
FachzeitschriftNature biotechnology
Jahrgang43
Ausgabenummer12
PublikationsstatusVeröffentlicht - Dez. 2025
Peer-Review-StatusJa

Externe IDs

PubMed 39809933