Polymerer avledet fra naturlige kilder eller monomerer
Aminosyrer og sakkaridbaserte materialer har blitt grundig utforsket for nukleinsyre levering, som mer grundig gjennomgått andre steder . Disse naturlige byggesteinene har potensial til å ha redusert cytotoksisitet og, hvis optimalisert, overlegen samlet funksjon i forhold til helsyntetiske biomaterialer. Her vil peptidbaserte og karbohydratbaserte nukleinsyreleveringspolymerer bli undersøkt (Fig. 29,7 B).den første aminosyrebaserte polymeren som ble forfulgt var poly(Lys) , og mange iterasjoner av denne kationiske polymeren har blitt grundig studert på en måte som LIGNER PEI og de andre syntetiske polykasjonene beskrevet ovenfor. Poly (Lys) kan effektivt komplekse nukleinsyrer, men transfeksjonseffektiviteten er lav, og det krever cellebehandling med endosomolytiske midler som klorokin for å forbedre genuttrykk. Likevel ga de tidlige studiene på poly(Lys) viktig mekanistisk innsikt relatert til polyplexformulering, intracellulær handel og endosomflukt . Mens det kliniske løftet om poly (Lys) er begrenset, har disse tidlige studiene hatt en betydelig innvirkning på feltet.
Poly (histidin) (poly (His)) er en annen aminosyrebasert polymer som har vist noen nytte for genterapi. Aminosyren His har en imidazol R-gruppe som inneholder en sekundær amin som endows poly (His) med proton svamp aktivitet for endosomal flukt . Polymerer som inneholder Både Lys og His har også blitt benyttet med hell i kombinasjoner. I disse hybridpolymerer er de primære aminer på Lys fullt protonerte og kationiske ved fysiologisk pH, noe som muliggjør effektiv elektrostatisk kompleksering MED DNA. Den nedre pKb av de sekundære aminer fra Hans gi komplementær proton svamp aktivitet for endosom flukt . Transfeksjonseffektiviteten av polymerer med poly(His) podet til poly(Lys) er signifikant forbedret ved tilsetning av det endosomale forstyrrelsesmiddelet klorokin, noe som indikerer at polymerene alene fortsatt er delvis utsatt for endosomal innfangning . Svært forgrenede arkitekturer Av Hans / Lys polymerer og hans inneholdende reduserbare polycations har også blitt funnet å effektivt levere siRNA . Det er også en presedens for inkorporering av aminosyrebaserte underenheter i andre genterapisystemer for å produsere «hybrider» med forbedret leveringsfunksjonalitet. For eksempel Har Hans også blitt brukt til å modifisere chitosan (diskutert mer neste) for å forbedre sin endosomale flukt og transfeksjon effektivitet .Celle-penetrerende peptider (CPPs) og pH-responsive, fusogene peptider er to andre klasser av peptider som har blitt grundig undersøkt for å utløse celleopptak og endosomal flukt, henholdsvis. Disse peptidklassene har blitt brukt både i kombinasjon og som komponenter i multifunksjonelle polymer-og liposomale leveringssystemer. DE fleste cpp og fusogene peptider er avledet fra bakterielle toksiner og virale vektorer, eller de er syntetiske analoger av de naturlig forekommende peptidene. Den transaktiverende transkripsjonelle faktoren AV HIV-1 og antennapediepeptidet avledet fra Drosophila er to eksempler på godt studerte CPPs. Disse peptidene er vanligvis rike på kationiske aminosyrer, og som et resultat har syntetiske, argininrike CPPs av forskjellige typer også blitt funnet å formidle biomakromolekylært lastcelleopptak. Fusjon AV EN CPP med et dsrna-bindende domene har blitt brukt til å levere siRNA til primære celler som anses vanskelig å transfisere . Andre CPPs avledet Fra Transportan 10 (betegnet PepFect) og CADY har blitt designet for effektiv intracellulær levering. Fusjoner av tumor-penetrerende Og CPPs har blitt generert som har vist silencing av en onkogen forbedret overlevelse hos mus evnen Til CPPs å utløse celle internalisering har blitt utnyttet for levering av flere klasser av terapeutisk last inkludert plasmid DNA og siRNA (se CPP vurderinger for ytterligere informasjon).Fusogene peptider Er pH-responsive peptider som kan smelte sammen med eller danne porer gjennom den endosomale membranen. Et eksempel er difteritoksin, som har en underenhet som danner transmembrane porer i endosomer som muliggjør oppføring av et disulfidbundet toksinfragment i cytosol . Et annet eksempel er hemagglutinin, et influensaprotein som skaper pH-avhengig endosomal membranfusjon for å levere det virale genetiske materialet inn i cytoplasma . Peptidgallaen er et syntetisk, pH-avhengig, fusogent peptid som har blitt omfattende karakterisert . GALA selvmonterer og setter inn i lipid bilayers ved sur pH, danner en pore som tillater membrantransitt . FOR eksempel HAR GALA blitt brukt for å øke effektiviteten av cytosolisk levering av nukleinsyrelast pakket i PAMAM og liposomer .polysakkaridkitosan, oligosakkaridlignende cyklodekstriner og en rekke andre sakkaridholdige glykopolymerer representerer en annen polymerklasse for levering av nukleinsyre. For eksempel kan naturlige anioniske sakkaridbaserte polymerer fremstilles i termodynamisk stabile, polyelektrolytkompleks (PEC) NPs gjennom spontan forening utløst via blanding av polyelektrolytter av motsatt ladning, som rapportert Av Prokop et al. . VANLIGVIS er PEC NPs laget ved å blande polyanioniske kjernepolymerer, slik som alginat eller kondroitinsulfat med koronapolykasjoner som sperminhydroklorid eller poly(metylen-co-guanidin) hydroklorid. Denne multipolymere nanopartikulerte tilnærmingen har vist seg å være effektiv for genoverføring in vitro, spesielt i cellesystemer som normalt er ildfaste mot genoverføring, for eksempel bukspyttkjerteløyer og antigenpresenterende celler. I TILLEGG KAN PEC koronale overflater være dekorert MED PEG-ligand komplekser for å øke celle målretting og redusere uspesifikke opptak.
Kitosan, et polysakkarid sammensatt av glukosamin-og n-acetylglukosamin-enheter bundet via β (1→4) glykosidbindinger, er en av de mest grundig studerte sakkaridpolymerer. Chitosan drar nytte av å være en «grønn» tilnærming, fordi det er en fornybar ressurs avledet av kitin. Denne naturlige polymeren er også biologisk nedbrytbar og ikke-giftig. Alonso-laboratoriet introduserte kitosanbaserte Np-er laget via ionotropisk gelering, basert på samspillet mellom de negative gruppene av pentasodium-tripolyfosfat og de positivt ladede aminogruppene på kitosan. Kjemien av kitosan er også tilpasningsdyktig til nonviral genterapi, siden den inneholder flere primære og sekundære aminer som er i stand til endosomolyse via protonsvampeffekten. Derfor chitosan har blitt undersøkt som en pH-responsive polymer for nukleinsyre levering. Howard et al. ansatt chitosan NPs som inneholder siRNA for å slå ned forbedret grønt fluorescerende protein (eGFP) i Både H1299 humane lungekarsinomceller og murine peritoneale makrofager (henholdsvis 77,9% og 89,3% reduksjon i eGFP fluorescens) . Chitosan NP har et høyt potensial for transmukosal levering. Effektiv In vivo RNAi ble oppnådd i bronkiolare epitelceller fra transgene eGFP-mus etter nasal administrering av kitosan / siRNA-formuleringer (37% og 43% reduksjon sammenlignet med henholdsvis mismatch og ubehandlet kontroll). De viktigste ulempene med kitosan er dårlig oppløselighet i fysiologiske buffere og lavere endosomolytisk aktivitet sammenlignet med noen sterkere proton svamp polymerer. Som et resultat, har mange varianter av chitosan blitt gjort med endringer for å øke endosomal flukt og løselighet. FOR eksempel har PEI og imidazoler begge blitt konjugert til chitosan for å forbedre ytelsen i genterapier .
Kationiske polymerer inneholdende beta-cyklodekstriner (β-CD) viste tidlig løfte for klinisk RNAi. Kationiske β-CD – baserte polymerer (ß) syntetisert ved kondensering av en diamino-cyklodekstrinmonomer med en diimidatkomonomer er i stand til å danne polyplexer med nukleinsyrer, og deres transfeksjonsytelse avhenger av ß cd-struktur . Polykationene som inneholder en cd er spesielt unike fordi syklodekstriner inneholder et indre hulrom som kan brukes til å danne inklusjonskomplekser med hydrofobe enheter. For eksempel binder β-CD tett til det hydrofobe molekylet adamantine, og dette gir et praktisk «håndtak» for å funksjonalisere overflatepolypleksene laget av ß med PEG eller målretting ligander . Davis-laboratoriet oversatte dette konseptet fra benchtop til kliniske studier . Denne bæreren var grunnlaget for en rapport som demonstrerte det første eksemplet på menneskelig RNAi ved bruk av målrettet polymer NPs. Denne bæreren var sammensatt av ④cdps funksjonalisert med BÅDE PEG og kreftmålrettet ligand transferrin . Etter dette landemerkefunn ble den kliniske studien avsluttet hovedsakelig på grunn av dosebegrensende toksiske hendelser uten oppfølgingsstudier. Arrowhead Pharmaceuticals fokuserte deretter på konjugater og ingen oppfølgings fase III kliniske studier ble initiert.En rekke andre nye, syntetiske kationiske glykopolymerer er også i utviklingsrørledningen for kliniske anvendelser av nukleinsyrelevering . Reineke lab har gjort viktige bidrag på dette området (Se siste gjennomgang Ref. ), og et eksempel klasse av glykopolykasjoner utviklet av denne gruppen er poly (glycoamidoamine)s (PGAAs). Et bibliotek Av PGAAs ble laget gjennom kondensasjonsreaksjonen mellom karbohydrat og oligoamin comonomers. Disse Pgaaene ble variert basert på en rekke parametere, inkludert karbohydratstørrelsen, hydroksylnummeret og stereokjemi, amintallet, og hvorvidt heterocykliske grupper var tilstede. Disse polymerene har blitt screenet for genlevering, og optimaliserte formuleringer har blitt identifisert som letter effektiv DNA-emballasje og intracellulære leveringsegenskaper. Reineke-gruppen har også søkt en rekke trehalosebaserte polymerer, og lovende resultater fortsetter å foreslå potensialet for klinisk oversettbarhet av denne sikre og effektive klassen av polymerer . Denne glykopolymer har også blitt tilpasset for å levere CRISPR-basert transkripsjonell aktivator .Exosomer Er celle-avledede ekstracellulære vesikler inneholder en rekke nukleinsyretyper. Disse naturlige kjøretøyene deltar i cellekommunikasjon og blir i økende grad brukt i narkotika-og genlevering . En stor utfordring i å utnytte eksosomer for gen levering er lasting av kjøretøyene med nukleinsyrer. Mens electroporation er mer vanlig metode for lasting DNA, sonikering, ekstrudering, og fryse-tine sykluser er andre metoder for lasting eksosomer . Lasting av eksogen siRNA eller DNA forblir en utfordring på grunn av lav effektivitet og aggregering under elektroporering. For regenerativ medisin kan eksosomer avledet fra stamme-eller stamceller oppmuntre vevregenerering alene uten eksogent levert DNA, inkludert muskelregenerering , sårheling, angiogenese og bruskreparasjon .