luonnon lähteistä tai monomeereista
aminohappoja ja sakkaridipohjaisia materiaaleja on tutkittu laajasti nukleiinihappojen toimittamiseksi, kun niitä on tarkasteltu tarkemmin muualla . Näillä luonnollisilla rakennuspalikoilla on mahdollisuus vähentää sytotoksisuutta ja, jos ne optimoidaan, ylivertaiseen kokonaisfunktioon verrattuna täysin synteettisiin biomateriaaleihin. Tässä tutkitaan peptidipohjaisia ja hiilihydraattipohjaisia nukleiinihappojen toimituspolymeerejä (Kuva. 29, 7).
ensimmäinen tavoiteltu aminohappopohjainen polymeeri oli poly(Lys) , ja tämän kationipolymeerin monia iteraatioita on tutkittu laajasti PEI: n ja muiden edellä kuvattujen synteettisten polykationien tapaan. Poly (Lys) voi tehokkaasti monimutkaistaa nukleiinihappoja, mutta sen transfektiotehokkuus on alhainen, ja se vaatii solukäsittelyä endosomolyyttisillä aineilla kuten klorokiinilla geenien ilmentymisen tehostamiseksi. Kuitenkin, varhaiset tutkimukset poly (Lys) tuotti tärkeitä mekanistinen oivalluksia liittyvät polyplex muotoilu, solunsisäinen kauppa, ja endosome paeta . Vaikka kliininen lupaus poly (Lys) on rajallinen, nämä varhaiset tutkimukset ovat olleet merkittävä vaikutus alalla.
Poly(histidiini) (poly(His)) on toinen aminohappopohjainen polymeeri, joka on osoittanut jonkin verran käyttökelpoisuutta geeniterapiassa. His-aminohapossa on imidatsolin R-ryhmä, joka sisältää sekundäärisen amiinin, joka antaa polylle(His) protonisieniaktiivisuuden endosomaalista karkaamista varten . Sekä Lys: ää että His: ää sisältäviä polymeerejä on myös onnistuttu hyödyntämään yhdistelminä. Näissä hybridipolymeereissä Lys: n primaariset amiinit ovat fysiologisessa pH: ssa täysin protonoituneita ja kationisia, mikä mahdollistaa tehokkaan sähköstaattisen kompleksoitumisen DNA: n kanssa. Hänen sekundaaristen amiinien alempi pKb tarjoaa täydentävää protonisieniaktiivisuutta endosomien karkaamista varten . Poly(His) Poly(Lys): iin oksastettujen polymeerien transfektiotehokkuutta parannetaan merkittävästi lisäämällä siihen endosomaalista hajoavaa ainetta klorokiinia, mikä osoittaa, että yksin polymeerit ovat edelleen osittain alttiita endosomaaliselle kiinnijäämiselle . His/Lys-polymeerien ja His-yhdisteitä sisältävien pelkistettävien polykationien on myös todettu tehokkaasti toimittavan sirnaa . On myös olemassa ennakkotapaus aminohappopohjaisten alayksiköiden sisällyttämisestä muihin geeniterapiajärjestelmiin, jotta voidaan tuottaa ”hybridejä”, joilla on parannettu toimitustoiminto. Esimerkiksi, hänen on myös käytetty muokkaamaan kitosaani (käsitellään lisää seuraavaksi) parantaa sen endosomaalinen paeta ja transfektio tehokkuutta .
soluun tunkeutuvat peptidit (CPPS) ja pH-reagoivat, fusogeeniset peptidit ovat kaksi muuta peptidiluokkaa, joita on tutkittu tarkasti solun sisäänoton ja endosomaalisen poistumisen laukaisemiseksi. Näitä peptidiluokkia on käytetty sekä yhdistelminä että monikäyttöisten polymeeri-ja liposomaalisten annostelujärjestelmien komponentteina. Useimmat CPP-ja fusogeeniset peptidit ovat peräisin bakteerimyrkyistä ja virusvektoreista tai ne ovat luonnossa esiintyvien peptidien synteettisiä analogeja. HIV-1: n transaktivoiva transkriptiotekijä ja drosophilasta johdettu antennapedia-peptidi ovat kaksi esimerkkiä hyvin tutkitusta CPP: stä. Näissä peptideissä on tyypillisesti runsaasti kationisia aminohappoja, minkä seurauksena synteettisten, arginiinipitoisten CPP: iden on todettu myös välittävän biomakromolekyylistä lastisolunottoa. CPP: n yhdistämistä dsRNA: ta sitovaan domeeniin on käytetty sirnan toimittamiseksi primaarisoluihin, joita pidetään vaikeina siirtää . Muut Transportan 10: stä (pepfect) ja CADY: stä johdetut CPP: t on suunniteltu tehokkaaseen solunsisäiseen toimitukseen. Fuusiot kasvain-tunkeutuva ja CPP on tuotettu, jotka ovat osoittaneet hiljentäminen onkogeeni parantunut eloonjääminen hiirillä kyky CPP laukaista solun sisäistäminen on hyödynnetty toimittamiseen useita luokkia terapeuttinen lastin kuten plasmid DNA ja siRNA (katso CPP arvioita lisätietoja).
Fusogeeniset peptidit ovat pH: han reagoivia peptidejä, jotka voivat fuusioitua tai muodostaa huokosiin endosomikalvon kautta. Yksi esimerkki on kurkkumätätoksiini, jonka alayksikkö muodostaa transmembraanihuokosia endosomeihin, jotka mahdollistavat disulfidisidoksifragmentin pääsyn sytosoliin . Toinen esimerkki on hemagglutiniini, influenssaproteiini, joka luo pH-riippuvaisen endosomaalisen kalvofuusion, joka toimittaa viruksen geneettisen materiaalin sytoplasmaan . Peptidigaala on synteettinen, pH: sta riippuvainen, fusogeeninen peptidi, jota on laajasti luonnehdittu . GALA itse kokoaa ja lisää lipidikerroksiin happamassa pH: ssa muodostaen huokosia, jotka mahdollistavat kalvon kauttakulun . Esimerkiksi GALA on onnistuneesti sovellettu tehostamaan sytosolitoimitusta NUKLEIINIHAPPOLASTISSA, joka on pakattu PAMAMIIN ja liposomeihin .
polysakkaridikitosaani, oligosakkaridien kaltaiset syklodekstriinit ja monet muut sakkaridia sisältävät glykopolymeerit edustavat toista nukleiinihapon toimittamiseen tarkoitettua polymeeriluokkaa. Esimerkiksi luonnolliset anioniset sakkaridipohjaiset polymeerit voidaan valmistaa termodynaamisesti stabiileiksi polyelektrolyyttikompleksiksi (PEC) NPS: ksi spontaanin assosiaation kautta, joka aktivoituu sekoittamalla vastakkaisen varauksen omaavia polyelektrolyyttejä, kuten Prokop et al. . Tyypillisesti PEC NPs valmistetaan sekoittamalla polyanionisia ydinpolymeerejä, kuten alginaattia tai kondroitiinisulfaattia koronapolykationeihin, kuten spermiinihydrokloridiin tai poly(metyleeni-ko-guanidiini) hydrokloridiin. Tämän monipolymeerisen nanoparticulate-lähestymistavan on osoitettu olevan tehokas geeninsiirrossa in vitro, erityisesti solujärjestelmissä, jotka normaalisti eivät reagoi geeninsiirtoon, kuten haimasaarekkeissa ja antigeenejä esittelevissä soluissa. Lisäksi Pec-koronapinnat voidaan koristella PEG-ligandikomplekseilla solujen kohdistamisen lisäämiseksi ja epäspesifisen kertymisen vähentämiseksi.
kitosaani, polysakkaridi, joka koostuu glukosamiinista ja n-asetyyliglukosamiiniyksiköistä, jotka on sidottu β(1→4) glykosidisidoksella, on yksi perusteellisimmin tutkituista sakkaridipolymeereistä. Kitosaani hyötyy ”vihreästä” lähestymistavasta, koska se on kitiinistä johdettu uusiutuva luonnonvara. Tämä luonnollinen polymeeri on myös biohajoava ja myrkytön. Alonson laboratoriossa otettiin käyttöön kitosaanipohjainen ionotrooppisella geelillä valmistettu NPs, joka perustuu pentanatriumtripolyfosfaatin negatiivisten ryhmien ja kitosaanin positiivisesti varautuneiden aminoryhmien väliseen vuorovaikutukseen. Kitosaanin kemia on myös sopeutuvainen ei-viraaliseen geenihoitoon, sillä se sisältää useita primäärisiä ja sekundäärisiä amiineja, jotka kykenevät endosomolyysiin protonisienen vaikutuksesta. Sen vuoksi kitosaania on tutkittu nukleiinihapon pH-reagoivana polymeerinä. Howard ym. käytetään siRNA: ta sisältävää kitosaania NPS: ää heikentämään tehostettua vihreää fluoresoivaa proteiinia (eGFP) sekä ihmisen H1299-keuhkosyöpäsoluissa että hiiren peritoneaalimakrofageissa (EGFP: n fluoresenssin väheneminen 77, 9% ja 89, 3%). Kitosaani NP: llä on suuri potentiaali päästä suuonteloon. Tehokas in vivo RNAi saavutettiin transgeenisten eGFP-hiirten bronkoolisissa epiteelisoluissa kitosaani/siRNA-valmisteiden annon jälkeen nenään (37%: n lasku verrattuna epäsuhtaan ja 43%: n lasku hoitamattomaan kontrolliin). Kitosaanin tärkeimmät haitat ovat heikko liukoisuus fysiologisiin puskureihin ja alempi endosomolyyttinen aktiivisuus verrattuna joihinkin vahvempiin protonisienipolymeereihin. Tämän seurauksena kitosaanista on tehty useita muunnoksia, joissa on tehty muutoksia endosomaalisen karkaamisen ja liukoisuuden lisäämiseksi. Esimerkiksi PEI ja imidatsolit on molemmat konjugoitu kitosaaniksi parantamaan sen suorituskykyä geenihoidoissa .
beetasyklodekstriinejä (β-CD) sisältävät kationipolymeerit osoittivat varhaista lupausta kliiniselle RNAi: lle. Kationiset β-CD-pohjaiset polymeerit (ßCDPs), jotka on syntetisoitu kondensoimalla diamino-syklodekstriinimonomeeria diimidaattikomomeerilla, pystyvät muodostamaan polypleksejä nukleiinihappojen kanssa, ja niiden transfektioteho riippuu ßCDP-rakenteesta . Β-CD: tä sisältävät polykationit ovat erityisen ainutlaatuisia, koska syklodekstriineissä on sisäontelo, jonka avulla voidaan muodostaa inkluusiokomplekseja hydrofobisten moodien kanssa. Esimerkiksi β-CD sitoutuu tiukasti hydrofobiseen molekyyliin adamantiiniin, ja näin saadaan kätevä ”kahva”, josta voidaan funktionalisoida ßCDPs: stä valmistetut pintapolypleksit PEG-tai kohdistusligandeilla . Davis laboratory käänsi tämän konseptin benchtopista kliinisiin kokeisiin . Tämä kantaja oli perustana raportille, jossa esiteltiin ensimmäinen esimerkki ihmisen RNAi: sta, jossa käytettiin kohdennettuja polymeerisiä NPs: iä. Tämä kantaja koostui ßCDPs: stä, joka oli funktionalisoitu sekä PEG: llä että syöpää aiheuttavalla ligandilla transferriini . Tämän virstanpylvään jälkeen kliininen tutkimus lopetettiin pääasiassa annosta rajoittavien toksisten tapahtumien vuoksi, eikä jatkotutkimuksia tehty. Arrowhead Pharmaceuticals keskittyi tämän jälkeen konjugaatteihin, eikä faasin III kliinisiä seurantatutkimuksia aloitettu.
myös useita muita uusia, synteettisiä kationisia glykopolymeerejä on kehitteillä nukleiinihapon annostelun kliinisiin sovelluksiin . Reineken lab on tehnyt avainpanostuksia tällä alalla (katso recent review Ref. ), ja tämän ryhmän kehittämien glykopolykaatioiden esimerkkiluokka on poly (glykoamidoamiini)s (pgaas) . Pgaa: n kirjasto syntyi hiilihydraatti-ja oligoamiinikomomeerien välisellä kondensaatioreaktiolla. Nämä Pgaa: t vaihtelivat erilaisten parametrien perusteella, joita olivat muun muassa hiilihydraattikoko, hydroksyyliluku ja stereokemia, amiiniluku ja se, esiintyikö heterosyklisiä ryhmiä vai ei. Nämä polymeerit on seulottu geenitoimituksia varten, ja on tunnistettu optimoituja koostumuksia, jotka helpottavat DNA: n tehokasta pakkaamista ja solunsisäisiä toimitusominaisuuksia. Reineken ryhmä on myös etsinyt erilaisia trehaloosipohjaisia polymeerejä, ja lupaavat tulokset viittaavat edelleen tämän turvallisen ja tehokkaan polymeeriluokan kliiniseen translatoituvuuteen . Tämä glykopolymeeri on myös mukautettu tuottamaan CRISPR-pohjaista transkriptioaktivaattoria .
Eksosomit ovat soluperäisiä solunulkoisia vesikkeleitä, jotka sisältävät useita nukleiinihappotyyppejä. Nämä luonnolliset ajoneuvot osallistuvat soluviestintään, ja niitä käytetään yhä enemmän lääke-ja geenitoimituksissa . Suuri haaste eksosomien hyödyntämisessä geenitoimituksessa on ajoneuvojen lataaminen nukleiinihapoilla. Vaikka elektroporaatio on yleisempi menetelmä DNA: n lataamiseen, sonikointi, Ekstruusio ja jäätymissulatusjaksot ovat muita menetelmiä eksosomien lataamiseen . Eksogeenisen sirnan tai DNA: n kuormittaminen on edelleen haastavaa johtuen alhaisesta tehokkuudesta ja aggregaatiosta elektroporaation aikana. Regeneratiivisessa lääketieteessä varsi-tai progenitorisoluista saadut eksosomit voivat edistää kudoksen uusiutumista yksinään ilman eksogeenisesti toimitettua DNA: ta , mukaan lukien lihasten uudistuminen , haavan paraneminen, angiogeneesi ja rustojen korjaus .