Applied Chemistry for Engineering, Vol.33, No.1, 83-89, February, 2022
개선된 플라스미드 DNA 전달 효율을 위한 히알루론 아민 코팅 폴리에틸렌이민 기반 전달 시스템
Polyethyleneimine based Delivery System Coated with Hyaluronate Amine for Improved pDNA Transfection Efficiency
E-mail:
초록
현재 진행 중인 코로나19의 세계적 유행을 기점으로 유전자 전달을 통한 면역 형성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 바이러스를 통한 유전자 전달이 부작용이 다수 발견됨에 따라 비바이러스성 유전자 전달체에 대한 요구가 크게 증가하였다. 본 연구에서는 생체적합물질인 히알루론 아민으로 코팅한 폴리에틸렌이민-플라스미드 DNA 복합체를 통한 효율적인 유전자 전달 시스템을 제안했다. 다양한 조성에서 생성된 폴리에틸렌이민-플라스미드 DNA 복합체 (polyplex)와 히알루론 아민으로 코팅한 폴리에틸렌이민-플라스미드 DNA 복합체(polyplex-HA)의 크기 및 플라스미드 DNA 발현 정도를 비교해 각 물질의 최적 비율을 찾아냈고 복합체의 크기 및 제타 전위, 에너지 필터링 투과 전자 현미경(EF-TEM) 이미지를 통해 입자의 특성을 평가했다. 세포 내 전달 및 발현 효율을 형광현미경과 유세포분석기를 통해 상용화 되어있는 유전자 전달체인 lipofectamine과 비교 분석했다. 본 연구에서 제안된 polyplex-HA는 pDNA 뿐만 아니라 다양한 유전물질을 전달할 수 있으며, 전달체에 대한 면역반응이 적어 다회성 투여에 유리하여 미래의 백신 플랫폼의 기반이 될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
Since the pandemic of COVID-19, active investigation to develop immunity to infectious disease by delivering nucleic acids has been proceeded. Particularly, many studies have been conducted on non-viral vector as several vital side-effects which were found on nucleic acid delivery system using viral vectors. In this study, we have developed plasmid DNA (pDNA) loaded-hyaluronic acid derivative (HA) coated-polyethyleneimine (PEI) based polyplex for enhanced nucleic acid delivery efficiency. We have optimized the ratio of pDNA : PEI : HA by measuring size and protein transcription efficiency. The final product, polyplex-HA, was characterized through measuring size, zeta-potential and TEM image. Intracellular uptake and protein transcription efficiency were compared to commercially available transfection reagent, lipofectamine, through fluorescence image and flow cytometry. In conclusion, polyplex-HA presents a novel gene delivery system for efficient and stable protein transcription since it is available for delivering various genetic materials and has less immunoreactivity.
- Park KS, Sun X, Aikins ME, Moon JJ, Adv. Drug Deliv. Rev., 169, 137 (2021)
- Pardi N, Hogan MJ, Porter FW, Weissman D, Nat. Rev. Drug Discov., 17, 261 (2018)
- Zhang NN, LI XF, Deng YQ, Zhao H, Huang YJ, Yang G, Qin CF, Cell, 182, 1271 (2020)
- Liu MA, Vaccines, 7, 37 (2019)
- Nguyen HH, Park J, Park SJ, Lee CS, Hwang S, Shin YB, Ha TH, Kim M, Polymers, 10, 28 (2018)
- Roy P, Noad R, Hum. Vaccin., 4, 5 (2008)
- Yang ZY, Wyatt LS, Kong WP, Moodie Z, Moss B, Nabel GJ, J. Virol., 77, 799 (2003)
- Wylon K, Dolle S, Worm M, Allergy Asthma Clin. Immunol., 12, 1 (2016)
- Uzgun S, Nica G, Pfeifer C, Bosinco M, Michaelis K, Lutz JF, Schneider M, Rosenecker J, Rudolph C, Pharm. Res., 28, 2223 (2011)
- Webster R, Elliott V, Park BK, Walker D, Hankin M, Taupin P, PEGylated protein drugs: Basic science and clinical applications, 127 (2009).
- Smith SA, Selby LI, Johnston AP, Such GK, Bioconjugate Chem., 30, 263 (2018)
- Boussif O, Lezoualc'h F, Zanta MA, Mergny MD, Scherman D, Demeneix B, Behr JP, Proc. Nat. Acad. Sci., 92, 7297 (1995)
- Yang Y, Jia Y, Xiao Y, Hao Y, Zhang L, Chen X, He J, Zhao Y, Qian Z, ChemphysChem, 19, 2058 (2018)
- Benjaminsen RV, Mattebjerg MA, Henriksen JR, Moghimi SM, Andresen TL, Mol. Ther., 21, 149 (2013)
- Chen J, Tian H, Kano A, Maruyama A, Chen X, Park TG, J. Control. Release, 152, e134 (2011)
- Racine R, Mummert , Molecular Regulation of Endocytosis, 377 (2012).
- Akinc A, Thomas M, Klibanov AM, Langer R, J. Gene Med., 7, 657 (2005)