標的化された癌遺伝子治療のために修飾されたポリエチレニミンポリマーで操作された間葉系幹細胞、インビトロおよびインビボ

Mesenchymal stem cells engineered by modified polyethylenimine polymer for targeted cancer gene therapy, in vitro and in vivo.

• Zahra Salmasi
• Maryam Hashemi
• Elahe Mahdipour
• Hossein Nourani
• Khalil Abnous
• Mohammad Ramezani

抄録

細胞ベースの送達システムは、治療薬を免疫系から保護し、標的送達を提供するための有望な戦略である。間葉系幹細胞（ＭＳＣ）は、その腫瘍性や遊走性などのユニークな特徴から、近年、細胞を用いた遺伝子治療の有望な手段として導入されています。しかし、MSCへの遺伝子導入は、担体の効率の低さや細胞毒性のために制限されています。本研究では、これらの特徴を改善するために、ポリエチレニミン（PEI）をベースとした新規デリバリーシステムを設計し、TRAILをコードするプラスミドをMSCにトランスフェクションした。Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)はTNFファミリーの死滅リガンドであり、癌細胞に選択的に作用する。そこで、TRAILを発現するMSCの死滅誘導能と遊走能をメラノーマ細胞を用いて検討した。また、メラノーマ細胞を担持したマウスを用いて、遺伝子組換えMSCsの抗腫瘍作用についても検討した。その結果、PEIの複素環式アミン誘導体はMSCの生存率をMTTアッセイで測定し、蛍光顕微鏡、フローサイトメトリー、ウェスタンブロット解析を用いて遺伝子発現を測定したところ、MSCの生存率が有意に改善されることがわかった。その結果、B16F0細胞の細胞死を誘導することが確認された。また、TRAILを発現するMSCを単回投与することで、腫瘍の出現を遅らせ、腫瘍重量を効率的に減少させることができた。腫瘍切片のヘマトキシリン及びエオシン染色により、広範囲に及ぶ腫瘍細胞の壊死が確認された。さらに、人工化したMSCは5日以内に移動し、腫瘍部位に局在化することができた。これらの結果から、修飾PEI/TRAIL複合体を用いたMSCは、標的腫瘍抑制のための有望な細胞ビークルと考えられることが示唆された。

Cell-based delivery system is a promising strategy to protect therapeutic agents from the immune system and provide targeted delivery. Mesenchymal stem cells (MSCs) have recently been introduced as an encouraging vehicle in cell-based gene therapy due to their unique features including tumor-tropic property and migratory ability. However, gene transfer into MSCs is limited due to low efficiency and cytotoxicity of carriers. In this study, we designed a novel delivery system based on polyethylenimine (PEI ) to improve these features of carrier and transfect plasmid encoding TRAIL to MSCs. Tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a death ligand of TNF family with selective effect on cancerous cells. Then, death induction and migration ability of TRAIL-expressing MSCs was studied in melanoma cells. The effect of engineered-MSCs as an antitumor vehicle was also investigated in mice bearing melanoma cells. Our findings indicated that heterocyclic amine derivative of PEI showed significant improvement in MSCs viability determined by MTT assay and gene expression using fluorescent microscopy, flow cytometry, and Western blot analysis. We observed that engineered-MSCs could migrate toward and induce cell death in B16F0 cells in vitro. The single administration of TRAIL-expressing MSCs could delay tumor appearance and efficiently reduce tumor weights. Hematoxylin and eosin staining of tumor sections revealed extensive neoplastic cells necrosis. Furthermore, engineered-MSCs could migrate and localize to tumors sites within 5 days. Our results indicated that MSCs engineered by modified-PEI/TRAIL complexes could be considered as a promising cellular vehicle for targeted tumor suppression.

© 2020 American Institute of Chemical Engineers.