遺伝子導入効率の高いマイクロバブルの開発に成功しました

Echogenic PEGylated PEI-Loaded Microbubble As Efficient Gene Delivery System.

• Chun Liufu
• Yue Li
• Jiawei Tu
• Hui Zhang
• Jinsui Yu
• Yi Wang
• Pintong Huang
• Zhiyi Chen

抄録

背景:

がん幹細胞（CSC）は、がん治療抵抗性や転移の原因となっています。今日までに、手術、化学療法、放射線療法に加えて、遺伝子デリバリーが卵巣癌の潜在的な治療モダリティとして浮上してきた。効率的で安全な標的遺伝子導入は、腫瘍の不均一性の壁のために複雑である。超音波（US）刺激マイクロバブル（MB）は、非侵襲的な標的遺伝子導入を可能にする方法が実証されています。

Background: Cancer stem cells (CSCs) are responsible for cancer therapeutic resistance and metastasis. To date, in addition to surgery, chemotherapy, and radiotherapy, gene delivery has emerged as a potential therapeutic modality for ovarian cancer. Efficient and safe targeted gene delivery is complicated due to the tumor heterogeneity barrier. Ultrasound (US)-stimulated microbubbles (MBs) have demonstrated a method of enabling non-invasive targeted gene delivery.

目的:

本研究の目的は、遺伝子導入システムにおける超音波熱分解剤および酸化還元反応剤としてのポリエチレングリコール-SS-ポリエチレンイミン負荷マイクロバブル(PSP@MB)の有用性を示すことであった。

Purpose: The purpose of our study was to show the utility of poly(ethylene glycol)-SS-polyethylenimine-loaded microbubbles (PSP@MB) as an ultrasound theranostic and redox-responsive agent in a gene delivery system.

患者さんと方法:

PSPナノ粒子は、ビオチン-アビジン結合を介してMB表面に結合し、MBの遺伝子導入効率を向上させた。超音波照射により、PSP@MB複合体からの遺伝子放出が大幅に増加した。PSP@MBの正の表面電荷は、静電相互作用によりプラスミドを凝縮させることができ、アガロースゲル電気泳動により、PSP@MBがプラスミドを凝縮させる能力があることがさらに確認された。透過型電子顕微鏡及び動的光散乱法を用いて、PSP@MBの形態、粒子径及びゼータ電位を測定した。

Patients and methods: PSP nanoparticles were conjugated to the MB surface through biotin-avidin linkage, increasing the gene-loading efficiency of MB. The significant increase in the release of genes from the PSP@MB complexes was achieved upon ultrasound exposure. The positive surface charge in PSP@MB can condense the plasmid through electrostatic interactions; agarose-gel electrophoresis further confirmed the ability of PSP@MB to condense plasmids. The morphology, particle sizes and zeta potential of PSP@MB were characterized by transmission electron microscopy and dynamic light scattering.

結果:

レーザー共焦点顕微鏡により、超音波とPSP@MBを組み合わせることで、プラスミドの細胞内取り込みが促進されることが示された。エンハンストグリーン蛍光タンパク質（EGFP）レポーター遺伝子またはルシフェラーゼレポーター遺伝子をコードするプラスミドは、超音波とPSP@MBを組み合わせることにより、インビトロではCSCに、インビボでは皮下のキセノグラフトに送達された。遺伝子トランスフェクション効率は、蛍光顕微鏡およびIn Vivo Imaging Systemsで評価した。本研究では、超音波とPSP@MBを組み合わせることで、生体内での正常組織への毒性を減少させるだけでなく、固形腫瘍への遺伝子導入を著しく促進できることを実証した。PSP@MBと超音波を併用することで、固形腫瘍への蓄積、押し出し、浸透を効率的に促進することができます。

Results: Laser confocal microscopy showed that the combination of ultrasound with PSP@MB could promote the cellular uptake of plasmids. Plasmids which encode enhanced green fluorescence protein (EGFP) reporter genes or luciferase reporter genes were delivered to CSCs in vitro and to subcutaneous xenografts in vivo via the combination of ultrasound with PSP@MB. Gene transfection efficiency was evaluated by fluorescence microscopy and In Vivo Imaging Systems. This study demonstrated that the combination of ultrasound with PSP@MB can remarkably promote gene delivery to solid tumors as well as diminishing the toxicity towards normal tissues in vivo. The combination of PSP@MB and the use of ultrasound can efficiently enhance accumulation, extravasation and penetration into solid tumors.

結論:

以上のことから、この新しいPSP@MBと超音波を媒介とした遺伝子導入システムは、CSCを効率的に標的とすることができることが示された。

Conclusion: Taken together, our study showed that this novel PSP@MB and ultrasound-mediated gene delivery system could efficiently target CSCs.

© 2019 Liufu et al.