polimeri derivați din surse naturale sau monomeri
aminoacizii și materialele pe bază de zaharide au fost explorate pe larg pentru livrarea acidului nucleic, așa cum au fost revizuite mai detaliat în altă parte . Aceste blocuri naturale au potențialul de a avea citotoxicitate redusă și, dacă sunt optimizate, o funcție generală superioară în raport cu biomaterialele complet sintetice. Aici vor fi examinați polimerii de livrare a acidului nucleic pe bază de peptide și carbohidrați (Fig. 29,7 B).
primul polimer pe bază de aminoacizi urmărit a fost poli(Lys) și multe iterații ale acestui polimer cationic au fost studiate pe larg într–un mod similar cu PEI și celelalte policații sintetice descrise mai sus. Poli (Lys) poate complexa eficient acizii nucleici, dar eficiența sa de transfecție este scăzută și necesită tratament celular cu agenți endosomolitici, cum ar fi clorochina, pentru a spori expresia genelor. Cu toate acestea, studiile timpurii privind poli(Lys) au dat informații mecaniciste importante legate de formularea poliplexului, traficul intracelular și evadarea endozomilor . În timp ce promisiunea clinică a poli(Lys) este limitată, aceste studii timpurii au avut un impact semnificativ asupra domeniului.
Poli(histidină) (poli(His)) este un alt polimer pe bază de aminoacizi care a demonstrat o anumită utilitate pentru terapia genică. Aminoacidul His are o grupare r imidazol care conține o amină secundară care înzestrează poli(His) cu activitate de burete de protoni pentru evadarea endozomală . Polimerii care conțin atât Lys, cât și His au fost, de asemenea, utilizați cu succes în combinații. În acești polimeri hibrizi, aminele primare de pe Lys sunt complet protonate și cationice la pH fiziologic, permițând complexarea electrostatică eficientă cu ADN. PKb inferior al aminelor secundare din el asigură activitate complementară a buretelui de protoni pentru evadarea endozomului . Eficiența de transfecție a polimerilor cu poli(His) grefați în poli (Lys) este îmbunătățită semnificativ prin adăugarea agentului de perturbare endozomală clorochină, indicând faptul că polimerii singuri sunt încă parțial predispuși la prinderea endozomală . Arhitecturile foarte ramificate ale polimerilor His / Lys și policările reductibile care conțin His au fost, de asemenea, găsite pentru a furniza eficient siARN . Există, de asemenea, un precedent pentru încorporarea subunităților pe bază de aminoacizi în alte sisteme de terapie genică pentru a produce „hibrizi” cu funcționalitate îmbunătățită de livrare. De exemplu, His a fost, de asemenea, utilizat pentru a modifica chitosanul (discutat mai mult în continuare) pentru a-și spori eficiența endosomală de evacuare și transfecție .peptidele care penetrează celulele (CPP) și peptidele fusogene care răspund la pH sunt alte două clase de peptide care au fost explorate riguros pentru a declanșa absorbția celulelor și, respectiv, evadarea endozomală. Aceste clase de peptide au fost utilizate atât în combinație, cât și ca componente ale sistemelor multifuncționale de livrare polimerică și lipozomală. Majoritatea peptidelor CPP și fusogenice sunt derivate din toxine bacteriene și vectori virali sau sunt analogi sintetici ai peptidelor care apar în mod natural. Factorul transcripțional transactivator al HIV-1 și peptida antennapedia derivată din Drosophila sunt două exemple de CPP-uri bine studiate. Aceste peptide sunt de obicei bogate în aminoacizi cationici și, ca urmare, s-a constatat că CPP-urile sintetice, bogate în arginină, de diferite tipuri, mediază absorbția celulelor cargo biomacromoleculare. Fuziunea unui CPP cu un domeniu de legare dsRNA a fost utilizată pentru a livra siARN în celulele primare considerate dificil de transfectat . Alte CPP derivate din Transportan 10 (desemnat PepFect) și CADY au fost concepute pentru o livrare intracelulară eficientă. Au fost generate fuziuni de penetrare a tumorii și CPP-uri care au arătat tăcerea unei oncogene supraviețuire îmbunătățită la șoareci capacitatea CPP-urilor de a declanșa internalizarea celulară a fost folosită pentru livrarea mai multor clase de încărcătură terapeutică, inclusiv ADN plasmidic și siARN (vezi CPP reviews pentru informații suplimentare).
peptidele Fusogene sunt peptide receptive la pH care pot fuziona sau forma pori prin membrana endozomală. Un exemplu este toxina difterică, care are o subunitate care formează pori transmembranari în endozomi care permit intrarea unui fragment de toxină legat de disulfură în citosol . Un alt exemplu este hemaglutinina, o proteină gripală care creează fuziunea membranei endozomale dependente de pH pentru a livra materialul genetic viral în citoplasmă . Peptida GALA este o peptidă fusogenică sintetică, dependentă de pH, care a fost caracterizată pe scară largă . GALA se auto-asamblează și se introduce în bistraturi lipidice la pH acid, formând un por care permite tranzitul membranei . De exemplu, GALA a fost aplicată cu succes pentru a spori eficiența livrării citosolice a încărcăturii de acid nucleic ambalate în PAMAM și lipozomi .
polizaharidele chitosan, ciclodextrinele asemănătoare oligozaharidelor și o varietate de alți glicopolimeri care conțin zaharide reprezintă o altă clasă de polimeri pentru livrarea acidului nucleic. De exemplu, polimerii naturali pe bază de zaharide anionice pot fi fabricați în complex polielectrolit stabil termodinamic (PEC) NPs prin asociere spontană declanșată prin amestecarea polielectroliților de sarcină opusă, așa cum a raportat Prokop și colab. . De obicei, Pec NPs se realizează prin amestecarea polimerilor cu miez polianionic, cum ar fi alginat sau sulfat de condroitină cu policații corona, cum ar fi clorhidrat de spermină sau clorhidrat de poli(metilen-co-guanidină). Această abordare nanoparticulată multipolimerică s-a dovedit a fi eficientă pentru transferul de gene in vitro , în special în sistemele celulare care sunt în mod normal refractare la transferul de gene, cum ar fi insulele pancreatice și celulele care prezintă antigen. În plus, suprafețele coronare PEC pot fi decorate cu complexe PEG-ligand pentru a crește direcționarea celulelor și a reduce absorbția nespecifică.
chitosanul, o polizaharidă compusă din unități de glucozamină și N-acetil-glucozamină legate prin legături glicozidice de la clasa a VIII-a(1-a 4-A), este unul dintre cei mai bine studiați polimeri zaharidici. Chitosanul beneficiază de o abordare” verde”, deoarece este o resursă regenerabilă derivată din chitină. Acest polimer natural este, de asemenea, biodegradabil și netoxic. Laboratorul Alonso a introdus NPs pe bază de chitosan realizat prin gelificare ionotropă, pe baza interacțiunii dintre grupurile negative de tripolifosfat pentasodic și grupările amino încărcate pozitiv pe chitosan. Chimia chitosanului este, de asemenea, adaptabilă la terapia genică nonvirală, deoarece conține mai multe amine primare și secundare capabile de endosomoliză prin efectul buretelui de protoni. Prin urmare, chitosanul a fost examinat ca un polimer receptiv la pH pentru livrarea acidului nucleic. Howard și colab. s-a folosit chitosan NPs care conține siARN pentru a doborî proteina fluorescentă verde îmbunătățită (eGFP) atât în celulele carcinomului pulmonar uman H1299, cât și în macrofagele peritoneale murine (77,9% și, respectiv, 89,3% reducere a fluorescenței eGFP) . Chitosanul NP are un potențial ridicat de livrare transmucoasă. RNAi eficace in vivo a fost obținut în celulele epiteliale bronhiolare ale șoarecilor egfp transgenici după administrarea nazală a formulărilor chitosan/siARN (reducere de 37% și 43% în comparație cu nepotrivirea și, respectiv, controlul netratat). Principalele dezavantaje ale chitosanului sunt solubilitatea slabă în tampoanele fiziologice și activitatea endosomolitică mai mică în comparație cu unii polimeri de burete de protoni mai puternici. Ca urmare, au fost făcute mai multe variante de chitosan cu modificări pentru a crește evadarea endozomală și solubilitatea. De exemplu, PEI și imidazoli au fost ambele conjugate cu chitosan pentru a spori performanțele sale în terapii genetice .
polimerii cationici care conțin beta-ciclodextrine (CD) au prezentat o promisiune timpurie pentru ARN clinic. Polimerii cationici pe bază de CD-uri (centiccdps) sintetizați prin condensarea unui monomer diamino-ciclodextrină cu un comonomer diimidat sunt capabili să formeze poliplexuri cu acizi nucleici, iar performanța lor de transfecție depinde de structura centiccdp . Policațiile care conțin CD-uri cu numărul de CD-uri sunt deosebit de unice, deoarece ciclodextrinele conțin o cavitate interioară care poate fi utilizată pentru a forma complexe de incluziune cu fragmente hidrofobe. De exemplu, CD-ul de la XV se leagă strâns de molecula hidrofobă adamantină, iar acest lucru oferă un „mâner” convenabil din care să funcționalizeze poliplexurile de suprafață realizate din cdcdps cu PEG sau liganzi de direcționare . Laboratorul Davis a tradus acest concept de la benchtop la studii clinice . Acest transportator a stat la baza unui raport care demonstrează primul exemplu de Arnai uman folosind NPs polimerice vizate. Acest transportator a fost compus din xvcdps funcționalizat atât cu PEG, cât și cu transferina ligandului care vizează cancerul . După această constatare de referință, studiul clinic a fost încheiat în principal din cauza evenimentelor toxice care limitează doza, fără studii ulterioare. Arrowhead Pharmaceuticals s-a concentrat ulterior pe conjugați și nu au fost inițiate studii clinice de fază III de urmărire.
o varietate de alți glicopolimeri cationici noi, sintetici, sunt, de asemenea, în conducta de dezvoltare pentru aplicațiile clinice ale livrării acidului nucleic . Laboratorul Reineke a adus contribuții cheie în acest domeniu (a se vedea recenta recenzie Ref. ), și o clasă de exemplu de glicopolicații dezvoltate de acest grup sunt poli(glicoamidoamină) s (PGAAs). O bibliotecă de PGAAs a fost realizată prin reacția de condensare dintre comonomerii carbohidrați și oligoamini. Aceste Pgaa au fost variate pe baza unei varietăți de parametri, inclusiv dimensiunea carbohidraților, numărul hidroxil și stereochimia, numărul aminei și dacă au fost prezente sau nu grupuri heterociclice. Acești polimeri au fost examinați pentru livrarea genelor și au fost identificate formulări optimizate care facilitează ambalarea eficientă a ADN-ului și proprietățile de livrare intracelulară. Grupul Reineke a căutat, de asemenea, o varietate de polimeri pe bază de trehaloză, iar rezultatele promițătoare continuă să sugereze potențialul de translatabilitate clinică a acestei clase de polimeri sigure și eficiente . Acest glicopolimer a fost, de asemenea, adaptat pentru a furniza activator transcripțional bazat pe CRISPR .
Exozomii sunt vezicule extracelulare derivate din celule care conțin o varietate de tipuri de acid nucleic. Aceste vehicule naturale participă la comunicarea celulară și sunt din ce în ce mai utilizate în livrarea de medicamente și gene . O provocare majoră în utilizarea exozomilor pentru livrarea genelor este încărcarea vehiculelor cu acizi nucleici. În timp ce electroporarea este metoda mai frecventă de încărcare a ADN-ului, sonicarea, extrudarea și ciclurile de îngheț-dezgheț sunt alte metode de încărcare a exozomilor . Încărcarea de siARN exogen sau ADN rămâne o provocare datorită eficienței scăzute și agregării în timpul electroporării. Pentru medicina regenerativă, exozomii derivați din celule stem sau progenitoare pot încuraja regenerarea țesuturilor pe cont propriu fără ADN livrat exogen , inclusiv regenerarea musculară , vindecarea rănilor, angiogeneza și repararea cartilajului .