polymeren afgeleid van natuurlijke bronnen of monomeren
aminozuren en op sacharide gebaseerde materialen zijn uitgebreid onderzocht voor nucleïnezuurafgifte, zoals elders grondiger besproken . Deze natuurlijke bouwstenen hebben het potentieel om cytotoxiciteit en, indien geoptimaliseerd, superieure algemene functie ten opzichte van volledig synthetische biomaterialen te hebben. Hier zullen peptide-en koolhydraat-gebaseerde nucleïnezuurafgiftepolymeren worden onderzocht (Fig. 29,7 B).
het eerste polymeer op basis van aminozuren dat werd onderzocht was poly(Lys) , en vele iteraties van dit kationische polymeer zijn uitgebreid bestudeerd op een wijze die vergelijkbaar is met PEI en de andere synthetische polycaties die hierboven zijn beschreven. Poly (Lys) kan efficiënt complexe nucleic zuren, maar zijn transfectie efficiency is laag, en het vereist celbehandeling met endosomolytic agenten zoals chloroquine om genuitdrukking te verbeteren. Niettemin, leverden de vroege studies over poly(Lys) belangrijke mechanistische inzichten met betrekking tot polyplexformulering, intracellular handel, en endosome ontsnapping op . Hoewel de klinische belofte van poly (Lys) beperkt is, hebben deze vroege studies een significante impact op het veld gehad.
Poly(histidine) (poly(his)) is een ander polymeer op basis van aminozuren dat enig nut heeft aangetoond voor gentherapie. Het aminozuur His heeft een imidazole R-groep die een secundair amine bevat dat poly(His) met protonsponsactiviteit voor endosomale ontsnapping begiftigt . Polymeren die zowel Lys als zijn bevatten zijn ook met succes gebruikt in combinaties. In deze hybride polymeren, zijn de primaire amines op Lys volledig geprotoneerd en kationisch bij fysiologische pH, die efficiënte elektrostatische complexatie met DNA toelaten. De lagere pKb van de secundaire amines van zijn zorgen voor complementaire Proton spons activiteit voor endosome ontsnapping . De transfectie-efficiëntie van polymeren met poly(His) geënt op poly(Lys) wordt aanzienlijk verbeterd door de toevoeging van het endosomale disruptiemiddel chloroquine, wat erop wijst dat de polymeren alleen nog gedeeltelijk vatbaar zijn voor endosomale beknelling . Zeer vertakte architecturen van zijn / Lys polymeren en zijn-bevattende reduceerbare polycaties zijn ook gevonden om efficiënt siRNA te leveren . Er is ook een precedent voor opname van aminozuur-gebaseerde subeenheden in andere gentherapie systemen om “hybriden” met verbeterde levering functionaliteit te produceren. Bijvoorbeeld, zijn is ook gebruikt om chitosan te wijzigen (besproken meer Volgende) om zijn endosomale ontsnapping en transfectie efficiëntie te verbeteren .
cel-penetrerende peptiden (CPPs) en pH-responsieve, fusogene peptiden zijn twee andere klassen peptiden die rigoureus zijn onderzocht om respectievelijk celopname en endosomale ontsnapping te activeren. Deze peptide klassen zijn gebruikt zowel in combinatie als als componenten van multifunctionele polymeer en liposomal leveringssystemen. De meeste CPP en fusogene peptiden zijn afgeleid van bacteriële toxines en virale vectoren, of ze zijn synthetische analogen van de natuurlijk voorkomende peptiden. De trans-activerende transcriptional factor van HIV-1, en antennapedia peptide uit Drosophila wordt afgeleid zijn twee voorbeelden van goed-bestudeerde CPPs. Deze peptides zijn typisch rijk aan kationische aminozuren, en dientengevolge, is het synthetische, arginine-rijke CPPs van diverse types ook gevonden om biomacromolecular het begrijpen van de ladingcel te bemiddelen. Fusie van een CPP met een dsRNA-bindend domein is gebruikt om siRNA in primaire cellen te leveren die moeilijk te transfect worden geacht . Andere CPPS afgeleid uit Transportan 10 (aangewezen PepFect) en CADY zijn ontworpen voor efficiënte intracellular levering. Fusions van tumor-penetrerende en CPPs zijn gegenereerd die hebben aangetoond tot zwijgen brengen van een oncogene verbeterde overleving bij muizen het vermogen van CPPs om cel internalisatie triggeren is leveraged voor de levering van verschillende klassen van therapeutische lading met inbegrip van plasmide DNA en siRNA (zie CPP reviews voor aanvullende informatie).
Fusogene peptiden zijn Ph-responsieve peptiden die kunnen fuseren met of poriën kunnen vormen door het endosomale membraan. Een voorbeeld is het difterietoxine, dat een subeenheid heeft die transmembrane poriën in endosomes vormt die ingang van een disulfide-verbonden toxinefragment in cytosol toelaten . Een ander voorbeeld is hemagglutinin, een influenzaproteã ne die pH-afhankelijke endosomal membraanfusie tot stand brengt om het virale genetische materiaal in het cytoplasma te leveren . Peptide GALA is een synthetische, pH-afhankelijke, fusogene peptide die uitgebreid is gekarakteriseerd . GALA zelf-assembleert en voegt in lipide bilagen bij zure pH toe, die een porie vormen die van de membraanovergang toestaat . Bijvoorbeeld, is GALA met succes toegepast om efficiency van cytosolic levering van nucleic zure lading te verbeteren die in PAMAM en liposomes wordt verpakt .
De polysacharide chitosan, oligosachariden-achtige cyclodextrinen en een verscheidenheid aan andere saccharide-bevattende glycopolymeren vormen een andere polymeerklasse voor nucleïnezuurafgifte. Bijvoorbeeld, natuurlijke anionische saccharide–gebaseerde polymeren kunnen worden vervaardigd in thermodynamisch stabiel, polyelectrolyte complex (PEC) NPS door spontane vereniging veroorzaakt door het mengen van polyelectrolytes van tegengestelde lading, zoals gerapporteerd door Prokop et al. . Gewoonlijk worden PEC NPs gemaakt door polyanionische kernpolymeren, zoals alginaat of chondroïtinesulfaat te mengen met corona-polycaties zoals sperminehydrochloride of poly(methyleen-co-guanidine) hydrochloride. Deze multipolymere nanoparticulate benadering is getoond om efficiënt voor genoverdracht in vitro te zijn, in het bijzonder in celsystemen die normaal ongevoelig voor genoverdracht, zoals pancreaseilandjes en antigeen-presenterende cellen zijn. Bovendien kunnen de PEC coronale oppervlakten met PIN-ligandcomplexen worden versierd om cel het richten te verhogen en niet-specifieke opname te verminderen.
Chitosan, een polysacharide samengesteld uit glucosamine en N-acetyl glucosamine eenheden gebonden via β(1→4) glycoside bindingen, is een van de meest grondig bestudeerde saccharide polymeren. Chitosan profiteert van het zijn van een “groene” aanpak, omdat het een hernieuwbare bron is afgeleid van chitine. Dit natuurlijke polymeer is ook biologisch afbreekbaar en niet giftig. Het Alonso laboratorium introduceerde Chitosan-gebaseerde NPs gemaakt via ionotrope gelatie, gebaseerd op de interactie tussen de negatieve groepen van pentanatriumtripolyfosfaat en de positief geladen aminogroepen op chitosan. De chemie van chitosan is ook aanpasbaar aan niet-viral gentherapie, aangezien het verscheidene primaire en secundaire amines geschikt voor endosomolyse via het effect van de protonspons bevat. Daarom is chitosan onderzocht als een pH-responsief polymeer voor nucleïnezuurafgifte. Howard et al. aangewende chitosan NPS die siRNA bevatten om verbeterde groene fluorescente proteã ne (eGFP) in zowel h1299 menselijke longcarcinoomcellen als muriene peritoneale macrofagen neer te slaan (77,9% en 89,3% vermindering van egfp fluorescentie, respectievelijk) . De chitosan NP heeft een hoog potentieel voor transmucosale levering. Effectieve in vivo RNAi werd bereikt in bronchiolaire epitheliale cellen van transgene eGFP muizen na nasale toediening van chitosan / siRNA formuleringen (37% en 43% reductie in vergelijking met mismatch en onbehandelde controle, respectievelijk). De belangrijkste nadelen van chitosan zijn slechte oplosbaarheid in fysiologische buffers en lagere endosomolytische activiteit in vergelijking met sommige sterkere protonspons polymeren. Dientengevolge, zijn verscheidene varianten van chitosan gemaakt met wijzigingen om endosomal ontsnapping en oplosbaarheid te verhogen. Bijvoorbeeld, zijn PEI en imidazoles beide geconjugeerd aan chitosan om zijn prestaties in gentherapie te verbeteren .
kationische polymeren die beta-cyclodextrinen (β-CD) bevatten, vertoonden vroege belofte voor klinische RNAi. Kationische β-CD-gebaseerde polymeren (ßCDPs) gesynthetiseerd door de condensatie van een diamino-cyclodextrinemonomeer met een diimidaatcomonomeer kunnen polyplexen vormen met nucleïnezuren, en hun transfectieprestaties zijn afhankelijk van de ßCDP-structuur . De β-CD-bevattende polycaties zijn bijzonder uniek omdat cyclodextrines een binnenholte bevatten die kan worden gebruikt om inclusiecomplexen met hydrophobic delen te vormen. Bijvoorbeeld, bindt β-CD strak aan de hydrophobic molecule adamantine, en dit verstrekt een geschikt “handvat” van waaruit om de oppervlaktepolyplexen te functionaliseren die van ßCDPs met PIN worden gemaakt of het richten van ligands . Het Davis laboratorium vertaalde dit concept van benchtop naar klinische proeven . Deze drager was de basis voor een rapport dat het eerste voorbeeld van menselijke RNAi demonstreert gebruikend gerichte polymere NPs. Deze drager werd samengesteld uit ßCDPs gefunctionaliseerd met zowel pin als kanker-richtinggevende ligand transferrin . Na deze mijlpaal werd het klinische onderzoek beëindigd, voornamelijk als gevolg van dosisbeperkende toxische gebeurtenissen zonder follow-on-onderzoeken. Arrowhead Pharmaceuticals richtte zich vervolgens op conjugaten en er werden geen follow-on fase III klinische studies gestart.
een verscheidenheid aan andere nieuwe, synthetische kationische glycopolymeren bevindt zich ook in de ontwikkelingspijplijn voor klinische toepassingen van nucleïnezuurafgifte . Het Reineke lab heeft op dit gebied belangrijke bijdragen geleverd (zie recent overzicht Ref. ), en een voorbeeld klasse van glycopolycaties ontwikkeld door deze groep zijn de poly (glycoamidoamine) s (PGAAs). Een bibliotheek van PGAAs werd gemaakt door de condensatiereactie tussen koolhydraat en oligoamine comonomeren. Deze PGAAs ‘ s werden gevarieerd op basis van een verscheidenheid aan parameters, waaronder de koolhydraatgrootte, het hydroxylgetal en de stereochemie, het aminegetal en of er al dan niet heterocyclische groepen aanwezig waren. Deze polymeren zijn gescreend voor genlevering, en de geoptimaliseerde formuleringen zijn geà dentificeerd die efficiënte verpakking en intracellular leveringseigenschappen van DNA vergemakkelijken. De Reineke groep heeft ook gezocht naar een verscheidenheid aan op trehalose gebaseerde polymeren, en veelbelovende resultaten blijven wijzen op het potentieel voor klinische vertaalbaarheid van deze veilige en efficiënte klasse polymeren . Dit glycopolymeer is ook aangepast om CRISPR-gebaseerde transcriptional activator te leveren .
exosomen zijn van cellen afgeleide extracellulaire blaasjes die een verscheidenheid aan nucleïnezuurtypen bevatten. Deze natuurlijke voertuigen nemen deel aan celcommunicatie en worden in toenemende mate gebruikt in drug en genlevering . Een belangrijke uitdaging in het gebruik van exosomes voor genlevering is het laden van de voertuigen met nucleic zuren. Terwijl de elektroporatie de gemeenschappelijkere methode van ladingsdna is, zijn de sonication, uitdrijving, en bevriezen-dooicycli andere methodes voor het laden exosomes . Het laden van exogeen siRNA of DNA blijft een uitdaging toe te schrijven aan lage efficiency en aggregatie tijdens elektroporatie. Voor regeneratieve geneeskunde kunnen exosomen afgeleid van stam-of voorlopercellen op zichzelf weefselregeneratie aanmoedigen zonder exogeen aangeleverd DNA, waaronder spierregeneratie , wondgenezing , angiogenese en kraakbeenherstel .