polymerer afledt af naturlige kilder eller monomerer
aminosyrer og saccharidbaserede materialer er blevet grundigt undersøgt for levering af nukleinsyre, som mere grundigt gennemgået andetsteds . Disse naturlige byggesten har potentialet til at have reduceret cytotoksicitet og, hvis Optimeret, overlegen overordnet funktion i forhold til fuldsyntetiske biomaterialer. Her peptid-baserede og kulhydrat-baserede nukleinsyre levering polymerer vil blive undersøgt (Fig. 29.7 B).
den første aminosyrebaserede polymer , der blev forfulgt, var poly(Lys), og mange iterationer af denne kationiske polymer er blevet grundigt undersøgt på en måde svarende til PEI og de andre syntetiske polycationer beskrevet ovenfor. Poly (Lys) kan effektivt komplekse nukleinsyrer, men dens transfektionseffektivitet er lav, og det kræver cellebehandling med endosomolytiske midler såsom chlorokin for at forbedre genekspression. Ikke desto mindre gav de tidlige undersøgelser af poly(Lys) vigtig mekanistisk indsigt relateret til polypleksformulering, intracellulær menneskehandel og endosomflugt . Mens det kliniske løfte om poly (Lys) er begrænset, har disse tidlige undersøgelser haft en betydelig indvirkning på marken.
Poly(histidin) (poly(His)) er en anden aminosyrebaseret polymer, der har vist en vis anvendelighed til genterapi. Aminosyren His har en R-gruppe indeholdende en sekundær amin, der giver poly (His) protonsvampaktivitet til endosomal flugt . Polymerer indeholdende både Lys og His er også blevet anvendt med succes i kombinationer. I disse hybridpolymerer er de primære aminer på Lys fuldt protonerede og kationiske ved fysiologisk pH, hvilket muliggør effektiv elektrostatisk kompleksdannelse med DNA. Den nedre pKb af de sekundære aminer fra hans tilvejebringer komplementær protonsvampaktivitet til endosom flugt . Transfektionseffektiviteten af polymerer med poly(His) podet til poly(Lys) forbedres signifikant ved tilsætning af det endosomale forstyrrelsesmiddel chlorokin, hvilket indikerer, at polymererne alene stadig er delvist tilbøjelige til endosomal indfangning . Meget forgrenede arkitekturer af hans / Lys polymerer og hans-indeholdende reducerbare polycationer har også vist sig at levere siRNA effektivt . Der er også præcedens for inkorporering af aminosyrebaserede underenheder i andre genterapisystemer for at producere “hybrider” med forbedret leveringsfunktionalitet. For eksempel er Hans også blevet brugt til at modificere chitosan (diskuteret mere Næste) for at forbedre sin endosomale flugt og transfektionseffektivitet .Cellepenetrerende peptider (CPP’ er) og pH-responsive, fusogene peptider er to andre klasser af peptider, der er blevet grundigt undersøgt for at udløse celleoptagelse og endosomal flugt, henholdsvis. Disse peptidklasser er blevet anvendt både i kombination og som komponenter i multifunktionelle polymer-og liposomale leveringssystemer. De fleste CPP og fusogene peptider er afledt af bakterielle toksiner og virale vektorer, eller de er syntetiske analoger af de naturligt forekommende peptider. Den transaktiverende transkriptionsfaktor for HIV-1 og antennapedia-peptidet afledt af Drosophila er to eksempler på velundersøgte CPP ‘ er. Disse peptider er typisk rige på kationiske aminosyrer, og som et resultat har syntetiske, argininrige CPP ‘ er af forskellige typer også vist sig at formidle biomakromolekylær lastcelleoptagelse. Fusion af en CPP med et dsRNA-bindende domæne er blevet brugt til at levere siRNA til primære celler, der anses for vanskelige at transficere . Andre CPP ‘ er afledt af Transportan 10 (betegnet PepFect) og CADY er designet til effektiv intracellulær levering. Fusioner af tumorindtrængende og CPP ‘er er blevet genereret, der har vist lyddæmpning af en onkogen forbedret overlevelse hos mus CPP’ ernes evne til at udløse celleinternalisering er blevet gearet til levering af flere klasser af terapeutisk last inklusive plasmid DNA og siRNA (se CPP-anmeldelser for yderligere information).Fusogene peptider er pH-responsive peptider, der kan smelte sammen med eller danne porer gennem den endosomale membran. Et eksempel er difteritoksinet, som har en underenhed, der danner transmembrane porer i endosomer, der muliggør indtræden af et disulfidbundet toksinfragment i cytosolen . Et andet eksempel er hæmagglutinin, et protein, der skaber pH-afhængig endosomal membranfusion for at levere det virale genetiske materiale ind i cytoplasmaet . Peptidgalaen er et syntetisk, pH-afhængigt, fusogent peptid, der er blevet karakteriseret i vid udstrækning . GALA selvsamler og indsætter i lipid dobbeltlag ved sur pH, danner en pore, der tillader membrantransit . For eksempel er GALA blevet anvendt med succes for at forbedre effektiviteten af cytosolisk levering af nukleinsyregods pakket i PAMAM og liposomer .polysaccharidchitosan, oligosaccharidlignende cyclodekstriner og en række andre saccharidholdige glycopolymerer repræsenterer en anden polymerklasse til levering af nukleinsyre. For eksempel kan naturlige anioniske saccharidbaserede polymerer fremstilles til termodynamisk stabile, polyelektrolytkompleks (PEC) NPs gennem spontan tilknytning udløst via blanding af polyelektrolytter med modsat ladning, som rapporteret af Prokop et al. . Typisk fremstilles PEC NP ‘ er ved at blande polyanioniske kernepolymerer, såsom alginat eller chondroitinsulfat med corona-polycationer, såsom sperminhydrochlorid eller poly(methylen-co-guanidin) hydrochlorid. Denne multipolymeriske nanopartikulære tilgang har vist sig at være effektiv til genoverførsel in vitro , især i cellesystemer, der normalt er ildfaste over for genoverførsel, såsom bugspytkirteløer og antigenpræsenterende celler. Derudover kan PEC-koronale overflader dekoreres med PEG-ligand-komplekser for at øge cellemålretning og reducere uspecifik optagelse.
Chitosan, et polysaccharid sammensat af glucosamin-og N-acetyl-glucosamin-enheder, der er bundet via glycosidbindinger(1-L4), er en af de mest grundigt undersøgte saccharidpolymerer. Chitosan drager fordel af at være en” grøn ” tilgang, fordi det er en vedvarende ressource afledt af chitin. Denne naturlige polymer er også bionedbrydelig og ikke-toksisk. Alonso-laboratoriet introducerede chitosanbaseret NPs fremstillet via ionotrop gelering baseret på interaktionen mellem de negative grupper af pentasodium tripolyphosphat og de positivt ladede aminogrupper på chitosan. Chitosans kemi kan også tilpasses til ikke-viral genterapi, da den indeholder flere primære og sekundære aminer, der er i stand til endosomolyse via protonsvampeffekten. Derfor er chitosan blevet undersøgt som en pH-responsiv polymer til levering af nukleinsyre. Et al. ansat chitosan NPs indeholdende siRNA til at slå ned forbedret grønt fluorescerende protein (eGFP) i både h1299 humane lungekarcinomceller og murine peritoneale makrofager (henholdsvis 77,9% og 89,3% reduktion i egfp fluorescens) . Chitosan NP har et stort potentiale for transmucosal levering. Effektiv in vivo RNAi blev opnået i bronchiolære epitelceller fra transgene eGFP-mus efter nasal administration af chitosan/siRNA-formuleringer (henholdsvis 37% og 43% reduktion sammenlignet med mismatch og ubehandlet kontrol). De væsentligste ulemper ved chitosan er dårlig opløselighed i fysiologiske buffere og lavere endosomolytisk aktivitet sammenlignet med nogle stærkere protonsvamppolymerer. Som et resultat er der lavet flere varianter af chitosan med ændringer for at øge endosomal flugt og opløselighed. For eksempel er PEI og imidasoler begge blevet konjugeret til chitosan for at forbedre dets ydeevne i genterapier .
kationiske polymerer indeholdende beta-cyclodekstriner (Kurt-CD) viste tidligt løfte om klinisk RNAi. Kationiske karrus-CD-baserede polymerer syntetiseret ved kondensering af en diamino-cyclodekstrin-monomer med en diimidatkomonomer er i stand til at danne polyplekser med nukleinsyrer, og deres transfektionsydelse afhænger af purposestrukturen . De larr-CD-holdige polykationer er især unikke, fordi cyclodekstrin indeholder et indvendigt hulrum, der kan bruges til at danne inklusionskomplekser med hydrofobe dele. For eksempel binder LARP-CD tæt til det hydrofobe molekyle adamantin, og dette giver et bekvemt “håndtag”, hvorfra man kan funktionalisere overfladepolyplekserne fremstillet af pripcdp ‘ er med PEG-eller målretningsligander . Davis laboratory oversatte dette koncept fra benchtop til kliniske forsøg . Denne bærer var grundlaget for en rapport, der demonstrerede det første eksempel på human RNAi ved anvendelse af målrettet polymer NPs. Denne bærer var sammensat af priscdp ‘ er funktionaliseret med både PEG og den kræftmålrettede ligand transferrin . Efter dette skelsættende fund blev det kliniske forsøg afsluttet primært på grund af dosisbegrænsende toksiske hændelser uden opfølgningsforsøg. Lægemidler med pilespids fokuserede efterfølgende på konjugater, og der blev ikke indledt kliniske fase III-studier.
en række andre nye, syntetiske kationiske glycopolymerer er også i udviklingsrørledningen til kliniske anvendelser af levering af nukleinsyre . Reineke lab har ydet vigtige bidrag på dette område (Se nylig anmeldelse Ref. ), og en eksempelklasse af glycopolykationer udviklet af denne gruppe er poly(glycoamidoamine) s (PGAAs). Et bibliotek af PGAAs blev lavet gennem kondensationsreaktionen mellem kulhydrat og oligoamin comonomerer. Disse PGAAs blev varieret baseret på en række parametre, herunder kulhydrat størrelse, det hydroksyl nummer og stereokemi, Amin nummer, og hvorvidt heterocykliske grupper var til stede. Disse polymerer er blevet screenet for genafgivelse, og optimerede formuleringer er blevet identificeret, der letter effektiv DNA-emballage og intracellulære leveringsegenskaber. Reineke-gruppen har også søgt en række trehalosebaserede polymerer, og lovende resultater antyder fortsat potentialet for Klinisk translatabilitet af denne sikre og effektive klasse af polymerer . Denne glycopolymer er også blevet tilpasset til at levere CRISPR-baseret transkriptionsaktivator .
eksosomer er celleafledte ekstracellulære vesikler indeholder en række nukleinsyretyper. Disse naturlige køretøjer deltager i cellekommunikation og bruges i stigende grad til lægemiddel-og genlevering . En stor udfordring ved anvendelse af eksosomer til genlevering er indlæsning af køretøjerne med nukleinsyrer. Mens elektroporation er den mere almindelige metode til indlæsning af DNA, er sonikering, ekstrudering og fryse-optøningscyklusser andre metoder til indlæsning af eksosomer . Indlæsning af eksogent siRNA eller DNA forbliver en udfordring på grund af lav effektivitet og aggregering under elektroporation. Til regenerativ medicin kan eksosomer afledt af stamme-eller stamceller tilskynde til vævsregenerering alene uden eksogent leveret DNA inklusive muskelregenerering , sårheling , angiogenese og bruskreparation .