természetes forrásokból származó polimerek vagy monomerek
az aminosavakat és a szacharid alapú anyagokat széles körben feltárták a nukleinsav-szállítás szempontjából, mint másutt alaposabban áttekintették . Ezek a természetes építőelemek csökkent citotoxicitást és optimalizált esetben jobb általános működést eredményezhetnek a teljesen szintetikus biológiai anyagokhoz képest. Itt a peptid-alapú és szénhidrát-alapú nukleinsav-szállító polimereket vizsgálják (ábra. 29.7 B).
az első aminosav–alapú polimer a poli(Lys) volt , és ennek a kationos polimernek számos iterációját alaposan tanulmányozták a PEI-hez és a fent leírt többi szintetikus polikációhoz hasonlóan. A poli (Lys) hatékonyan képes komplex nukleinsavakat, de transzfekciós hatékonysága alacsony, és sejtkezelést igényel endoszomolitikus szerekkel, például klorokinnal a génexpresszió fokozása érdekében. Ennek ellenére a poli(Lys) korai tanulmányai fontos mechanisztikus betekintést engedtek a polyplex formulációba, az intracelluláris kereskedelembe és az endoszóma menekülésbe . Míg a Poly(Lys) klinikai ígérete korlátozott, ezek a korai vizsgálatok jelentős hatással voltak a terepre.
Poli (hisztidin) (poli (His)) egy másik aminosav–alapú polimer, amely bizonyos hasznosságot mutatott a génterápiában. A HIS aminosavnak van egy imidazol R-csoportja, amely szekunder aminot tartalmaz, amely protonszivacs aktivitással ruházza fel a poli(His) – t az endoszomális meneküléshez . A Lys-t és His-t tartalmazó polimereket szintén sikeresen alkalmazták kombinációkban. Ezekben a hibrid polimerekben A Lys primer aminjai fiziológiás pH-n teljesen protonáltak és kationosak, lehetővé téve a hatékony elektrosztatikus komplexet a DNS-sel. A HIS szekunder aminjainak alsó pKb-ja komplementer protonszivacs aktivitást biztosít az endoszóma meneküléséhez . A poli(Lys) – be oltott poli(His) polimerek transzfekciós hatékonysága jelentősen javul az endoszomális zavarószer klorokin hozzáadásával, jelezve, hogy önmagában a polimerek még mindig részben hajlamosak az endoszomális beszorulásra . A HIS/Lys polimerek és a HIS-tartalmú redukálható polikációk erősen elágazó architektúrái szintén hatékonyan szállítják az siRNS-t . Precedens van az aminosav-alapú alegységek beépítésére más génterápiás rendszerekbe annak érdekében, hogy fokozott szállítási funkcióval rendelkező “hibrideket” állítsanak elő. Például, ő is használják, hogy módosítsa a kitozán (tárgyaljuk tovább a következő), hogy fokozza a endoszomális menekülési és transzfekció hatékonyságát .
a sejtbe hatoló peptidek (CPPs) és a pH-érzékeny, fusogén peptidek a peptidek két másik osztálya, amelyeket szigorúan feltártak a sejtfelvétel és az endoszomális menekülés kiváltására. Ezeket a peptidosztályokat mind kombinációban, mind multifunkcionális polimer és liposzómás szállítórendszerek komponenseként alkalmazták. A legtöbb CPP és fusogén peptid bakteriális toxinokból és vírusvektorokból származik, vagy a természetben előforduló peptidek szintetikus analógjai. A HIV-1 transzaktiváló transzkripciós faktora és a Drosophila-ból származó antennapedia peptid a jól tanulmányozott CPP-k két példája. Ezek a peptidek jellemzően kationos aminosavakban gazdagok, és ennek eredményeként különböző típusú szintetikus, argininben gazdag CPP-kről is kimutatták, hogy közvetítik a biomakromolekuláris rakománysejtek felvételét. A CPP fúzióját egy dsrns-kötő doménnel alkalmazták az siRNS bejuttatására az elsődleges sejtekbe, amelyeket nehéz transzfektálni . A Transportan 10-ből (pepfect) és a CADY-ből származó egyéb CPP-ket a hatékony intracelluláris bejuttatásra tervezték. Fúziók a tumor-penetráló és CPP-k keletkeztek, amelyek azt mutatták, elhallgattatása onkogén jobb túlélés egerekben a képességét CPP-k kiváltó sejt internalizáció már kihasználták a szállítás több osztály terápiás rakomány, beleértve a plazmid DNS és siRNS (lásd CPP reviews További információ).
a Fuzogén peptidek pH-érzékeny peptidek, amelyek összeolvadhatnak vagy pórusokat képezhetnek az endoszomális membránon keresztül. Példa erre a diftéria toxin, amelynek van egy alegysége, amely transzmembrán pórusokat képez az endoszómákban, amelyek lehetővé teszik a diszulfidhoz kapcsolt toxin fragmens bejutását a citoszolba . Egy másik példa a hemagglutinin, egy influenzafehérje, amely pH-függő endoszomális membránfúziót hoz létre, hogy a vírus genetikai anyagát a citoplazmába juttassa . A peptid GALA egy szintetikus, pH-függő, fusogén peptid, amelyet széles körben jellemeztek . A GALA önszerel, és savas pH-n lipid kettős rétegekbe helyezi, pórust képezve, amely lehetővé teszi a membrán tranzitját . Például a GALA-t sikeresen alkalmazták a pamamba és liposzómákba csomagolt nukleinsav rakomány citoszolos szállításának hatékonyságának növelésére .
a poliszacharid kitozán, az oligoszacharidok-szerű ciklodextrinek és számos más szacharidtartalmú glikopolimerek egy másik polimerosztályt képviselnek a nukleinsav szállításában. Például a természetes anionos szacharid alapú polimerek termodinamikailag stabil, polielektrolit komplex (PEC) NP-kké állíthatók elő az ellentétes töltésű polielektrolitok keverésével kiváltott spontán asszociáció révén, amint arról Prokop et al. . A PEC NP-ket általában polianionos magpolimerek, például alginát vagy kondroitin-szulfát keverésével állítják elő Korona polikációkkal, például spermin-hidrokloriddal vagy poli(metilén-Ko-guanidin) hidrokloriddal. Ez a multipolimer nanorészecskés megközelítés hatékonynak bizonyult a géntranszfer szempontjából in vitro, különösen olyan sejtrendszerekben, amelyek általában nem reagálnak a géntranszferre, mint például a hasnyálmirigy-szigetek és az antigént bemutató sejtek. Ezenkívül a PEC koronális felületeket Peg-ligandum komplexekkel lehet díszíteni a sejtek célzásának növelése és a nem specifikus felvétel csökkentése érdekében.
a kitozán, egy glükózaminból és N-acetil-glükózamin egységekből álló poliszacharid, amely az(1) (4) glikozidos kötéseken keresztül kapcsolódik, az egyik legalaposabban tanulmányozott szacharidpolimer. A kitozánnak előnye, hogy “zöld” megközelítés, mert a kitinből származó megújuló erőforrás. Ez a természetes polimer biológiailag lebontható és nem mérgező. Az Alonso laboratórium kitozán alapú NP-ket vezetett be ionotrop gélesítéssel, a pentanátrium-tripolifoszfát negatív csoportjai és a kitozán pozitív töltésű aminocsoportjai közötti kölcsönhatáson alapulva. A kitozán kémiája alkalmazható a nem-vírus génterápiára is, mivel számos primer és szekunder amint tartalmaz, amelyek képesek endoszomolízisre a protonszivacs hatás révén. Ezért a kitozánt pH-érzékeny polimerként vizsgálták nukleinsav szállítás. Howard et al. siRNS-t tartalmazó kitozán NP-ket alkalmaztak a fokozott zöld fluoreszcens fehérje (eGFP) lebontására mind a H1299 humán tüdőkarcinóma sejtekben, mind az egér peritoneális makrofágokban (az eGFP fluoreszcencia 77,9% – os, illetve 89,3% – os csökkenése) . A kitozán NP nagy potenciállal rendelkezik transzmucosalis szállítás. A transzgenikus eGFP egerek bronchiolaris epiteliális sejtjeiben kitozán/siRNS készítmények nazális adását követően hatékony in vivo RNS-t értek el (37% – os, illetve 43% – os csökkenés az eltéréshez, illetve a kezeletlen kontrollhoz képest). A kitozán fő hátránya a fiziológiás pufferekben való gyenge oldhatóság és az alacsonyabb endoszomolitikus aktivitás néhány erősebb protonszivacs polimerhez képest. Ennek eredményeként a kitozán számos változatát módosították az endoszomális menekülés és az oldhatóság növelése érdekében. Például a PEI-t és az imidazolokat egyaránt kitozánhoz konjugálták, hogy javítsák a génterápiák teljesítményét .
béta-ciklodextrineket tartalmazó kationos polimerek (ons-CD) korai ígéretet mutattak a klinikai RNS-re. A diamino-ciklodextrin monomer diimidát komonomerrel történő kondenzációjával szintetizált kationos ~ -CD-alapú polimerek (~CDP-k) képesek nukleinsavakkal poliplexeket képezni, transzfekciós teljesítményük pedig az ~ CDP szerkezetétől függ . A ons-CD-tartalmú polikációk különösen egyedülállóak, mivel a ciklodextrinek tartalmaznak egy belső üreget, amely felhasználható hidrofób részekkel rendelkező inklúziós komplexek kialakítására. Például a (Z) ons-CD szorosan kötődik az adamantin hidrofób molekulához, és ez egy kényelmes “fogantyút” biztosít, amelyből a peg vagy a cél ligandumok segítségével funkcionalizálni lehet a felszíni polipplexeket . A Davis laboratórium lefordította ezt a koncepciót a padlóról a klinikai vizsgálatokra . Ez a hordozó volt az alapja annak a jelentésnek, amely bemutatta az emberi RNSi első példáját célzott polimer NPs alkalmazásával. Ez a hordozó mind a PEG-vel, mind a rákot célzó ligandum transzferrin-rel funkcionálisan funkcionált oncdp-kből állt . Ezt a mérföldkőnek számító megállapítást követően a klinikai vizsgálatot elsősorban a dóziskorlátozó toxikus események miatt fejezték be, utólagos vizsgálatok nélkül. Az Arrowhead Pharmaceuticals ezt követően a konjugátumokra összpontosított, és nem indítottak követő fázis III klinikai vizsgálatokat.
számos más új, szintetikus kationos glikopolimerek szintén a nukleinsav-szállítás klinikai alkalmazásának fejlődési folyamatában vannak . A Reineke lab kulcsfontosságú hozzájárulást tett ezen a területen (lásd legutóbbi felülvizsgálat Ref. ), valamint az e csoport által kifejlesztett glikopolikációk egy példája a poli (glikoamidoamin)s (PGAAs) . A szénhidrát és az oligoamin komonomerek közötti kondenzációs reakció során pgaa-k könyvtárát készítették. Ezek a Pgaa-k különböző paraméterek alapján változtak, beleértve a szénhidrát méretét, a hidroxilszámot és a sztereokémiát, az aminszámot, valamint azt, hogy vannak-e heterociklusos csoportok. Ezeket a polimereket megvizsgálták a génszállítás szempontjából, és optimalizált készítményeket azonosítottak, amelyek megkönnyítik a hatékony DNS-csomagolást és az intracelluláris szállítási tulajdonságokat. A Reineke csoport számos trehalóz-alapú polimert is keresett, és az ígéretes eredmények továbbra is arra utalnak, hogy e biztonságos és hatékony polimerosztály klinikai transzlálhatósága lehetséges . Ezt a glikopolimert CRISPR-alapú transzkripciós aktivátor szállítására is adaptálták .
az exoszómák sejt eredetű extracelluláris vezikulák, amelyek különféle nukleinsav típusokat tartalmaznak. Ezek a természetes hordozók részt vesznek a sejtkommunikációban, és egyre inkább használják a kábítószer-és génszállítást . Az exoszómák génszállításra történő felhasználásának egyik fő kihívása a vivőanyagok nukleinsavakkal való betöltése. Míg az elektroporáció a leggyakoribb módszer a DNS betöltésére, az ultrahangos kezelés, az extrudálás és a fagyasztási-olvadási ciklusok más módszerek az exoszómák betöltésére . Az exogén siRNS vagy DNS betöltése továbbra is kihívást jelent az alacsony hatékonyság és az elektroporáció során történő aggregáció miatt. A regeneratív gyógyászatban az ős-vagy progenitor sejtekből származó exoszómák önmagukban ösztönözhetik a szövetek regenerálódását exogén DNS nélkül, beleértve az izomregenerációt , a sebgyógyulást, az angiogenezist és a porc helyreállítását .