發(fā)展后脂轉(zhuǎn)染(基于脂質(zhì)的轉(zhuǎn)染方法)和磁轉(zhuǎn)染(基于磁性納米顆粒的轉(zhuǎn)染方法),OZ Biosciences 通過設(shè)計(jì)和合成新型陽離子羥基化雙親多嵌段聚合物 (CHAMP) 改變了 Polyfection,該聚合物具有生物相容性、可裂解、 pH響應(yīng)性和雙功能。
我們基于CHAMP技術(shù)創(chuàng)建了一種全新的轉(zhuǎn)染劑,以區(qū)別于通常使用經(jīng)典轉(zhuǎn)染方法進(jìn)行的轉(zhuǎn)染劑。這種新型雙功能共聚物具有生物相容性、可電離性和 pH 敏感性。它由三個(gè)部分組成,結(jié)合并引入了三個(gè)協(xié)同概念:
由于其電荷、pH 敏感和疏水特性, “穿過膜屏障"的概念。
“隱形轉(zhuǎn)染"的理念是,DNA 一直受到保護(hù)、掩蔽和支持,直至被核吸收。
由于可生物降解和可裂解部分而產(chǎn)生的生物相容性概念
這種新穎的CHAMP技術(shù)的特殊性來自于雙功能陽離子生物聚合物由三個(gè)部分組成,每個(gè)部分具有不同的特性和功能。
聚合物附近的第一部分將 DNA 結(jié)合并高濃縮,并有助于細(xì)胞質(zhì)輸送。
第二個(gè)成分是 pH 響應(yīng)性且可裂解的連接體,可通過促進(jìn)內(nèi)體膜不穩(wěn)定來改善細(xì)胞遞送。
具有確定和優(yōu)化分子量的第三部分充當(dāng) DNA 防護(hù)罩和核攝取促進(jìn)劑。
每個(gè)部分的分子量和長(zhǎng)度(對(duì)于每種類型的聚合物都是一定的)是與整體轉(zhuǎn)染效率相關(guān)的重要參數(shù)。
的設(shè)計(jì)螺旋-IN,我們的新型CHAMP聚合物允許 (1) 帶正電荷的聚合復(fù)合物在溶液中穩(wěn)定,并且 (2) 不會(huì)隨著時(shí)間的推移而聚集。
CHAMP 聚合物的結(jié)構(gòu)、聚胺組成和接枝密度經(jīng)過微調(diào)和優(yōu)化,將聚合物復(fù)合物放置在溶解度不隨時(shí)間變化的精確界面上。此外,親水基團(tuán)巧妙地排列在聚合物內(nèi),以降低與帶負(fù)電荷的血清蛋白(白蛋白……)的相互作用,從而更有效地定義基因載體。
聚合體保持完整,DNA 免受降解……
這種帶正電荷的雙功能聚合物具有增強(qiáng)的 DNA 結(jié)合特性,可在一定程度上保護(hù) DNA; DNA/聚合物正電荷比使 DNA 與聚合物結(jié)合,在保護(hù)核酸免遭血清酶降解方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。我們?cè)O(shè)計(jì)了這種聚合物,即使在 50% 胎牛血清中 37°C 孵育 24 小時(shí)也不會(huì)觀察到 DNA 降解。
陽離子復(fù)合物主要通過靜電相互作用與細(xì)胞膜結(jié)合(圖1-1),大多數(shù)復(fù)合物通過內(nèi)吞作用途徑(巨胞飲作用、吞噬作用、內(nèi)吞作用)被細(xì)胞吸收。文獻(xiàn)記載最多的內(nèi)吞途徑之一是由網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的(圖 1-2)。一旦被內(nèi)吞,復(fù)合物就會(huì)內(nèi)化到早期內(nèi)涵體中,其中 pH 值從 7.4(細(xì)胞表面)降至 6.0(內(nèi)涵體腔)。隨著內(nèi)體進(jìn)入晚期階段,pH 將降至 5。
聚合復(fù)合物逃避內(nèi)體并通過與“質(zhì)子海綿"效應(yīng)相關(guān)的陽離子聚合物緩沖能力將其貨物釋放到細(xì)胞核中。
質(zhì)子胺在酸性介質(zhì)中充當(dāng)弱堿,使內(nèi)涵體內(nèi)的 pH 值不穩(wěn)定:一旦進(jìn)入內(nèi)涵體,特定的 ATP 酶就會(huì)產(chǎn)生大量質(zhì)子流入,并由聚合物緩沖(圖 1-3)。質(zhì)子的大量持續(xù)流動(dòng)伴隨著氯離子的被動(dòng)進(jìn)入,導(dǎo)致水的積累。結(jié)果,囊泡膨脹直至內(nèi)體破裂,其內(nèi)容物被輸送到細(xì)胞質(zhì)中(圖 1-4)。
第一個(gè)聚合物嵌段起到這個(gè)作用。此外,pH 響應(yīng)性和可裂解的疏水部分增加了補(bǔ)充功能。事實(shí)上,在生理 pH 值下隱藏的連接體在酸性 pH 值下會(huì)暴露出來。這導(dǎo)致其裂解和疏水區(qū)暴露,從而促進(jìn)內(nèi)體膜融合/不穩(wěn)定。
在此階段,幾個(gè)重要的陷阱可能會(huì)損害轉(zhuǎn)染效率:
DNA 逃離核內(nèi)體的能力是轉(zhuǎn)染的主要限制之一
人們普遍認(rèn)為,DNA 一旦進(jìn)入細(xì)胞質(zhì),必須迅速進(jìn)入細(xì)胞核以避免細(xì)胞質(zhì)降解
內(nèi)體(也在細(xì)胞表面)中存在細(xì)胞傳感器,可以識(shí)別外來核酸并誘導(dǎo)抑制轉(zhuǎn)染的保護(hù)性反應(yīng)
主要用途是用于體外和體內(nèi)應(yīng)用的 DNA 轉(zhuǎn)染。
CHAMP 技術(shù)增強(qiáng)了轉(zhuǎn)染效果:更多 DNA 進(jìn)入細(xì)胞,DNA 以隱形模式傳送至細(xì)胞核,不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生警報(bào)和壓力……該試劑非常適合優(yōu)先貼壁的永生化細(xì)胞系,例如 HEK-293、NIH-3T3、CHO 、COS、HeLa、MCF7、MEF、RPE、C2C12….
它非常適合多種 DNA 的共轉(zhuǎn)染。
在體內(nèi),DNA 被濃縮并保護(hù)成小的聚合體,限制免疫反應(yīng),并能夠在循環(huán)系統(tǒng)中導(dǎo)航直至交付。
該方案很簡(jiǎn)單:根據(jù)細(xì)胞類型,使用 1:1 至 3:1 的比例(每 µg DNA 1 µL 至每 µg DNA 3 µL)將轉(zhuǎn)染試劑直接與 DNA 混合。孵育 30 分鐘后,將復(fù)合物和加強(qiáng)劑添加到細(xì)胞上。
30 分鐘的孵育時(shí)間是該方案的基石,可實(shí)現(xiàn) DNA 的壓縮和保護(hù)。
在納米顆粒/DNA 復(fù)合物自組裝過程中,等待至少 30 分鐘以使共聚物和 DNA 形成穩(wěn)定的超分子納米顆粒至關(guān)重要。由于共聚物的多部分性質(zhì),形成和穩(wěn)定復(fù)合物的時(shí)間比“簡(jiǎn)單"聚合物稍長(zhǎng),“簡(jiǎn)單"聚合物的復(fù)合物形成速度更快(10-20 分鐘)。
脂轉(zhuǎn)染和聚合轉(zhuǎn)染(分別是基于脂質(zhì)和基于聚合物的轉(zhuǎn)染)是兩種使用合成載體將核酸遞送到細(xì)胞中的轉(zhuǎn)染方法。