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自己増幅RNAのための電荷可逆性ベクターにおけるポリマー疎水性、およびポリマー疎水性の効果
The , and effect of polymer hydrophobicity on charge reversible vectors for self-amplifying RNA.
PMID: 32644777 DOI: 10.1021/acs.biomac.0c00698.
抄録
RNA技術はワクチン接種に革命を起こす可能性を秘めている。しかし、関連する生物学的モデルにおける構造-物性関係が明確でないため、RNAの送達を改善するために必要な化学的モチーフについて明確なコンセンサスが得られていないのが現状である。本研究では、自己加水分解性電荷可逆性ポリカチオンポリ（ジメチルアミノエチルアクリレート）（pDMAEA）をベースに、付加的なコモノマーの親油性を変化させた一連のコポリマーを合成した。すべてのコポリマーは安定なポリプレックスを形成し、N/P=5の窒素/リン酸（N/P）比からモデル核酸との効率的な錯形成を示し、より疎水性の複合体は親水性の類似体と比較して遅い電荷反転と分解を示した。より疎水性のコポリマーは、2D細胞モノレイヤー上のトランスフェクションアッセイにおいて、有意に高い毒性を有するものの、親水性のバージョン、ホモポリマーのコントロールおよび参照標準ポリマーであるPEIを凌駕していた。同様に、疎水性誘導体は、フリー RNA（2％）と比較して、ex vivoヒト皮膚において緑色蛍光タンパク質（GFP+）を発現する細胞数（10％）の点で最大 4 倍の高い有効性を示したが、これは上皮細胞でのトランスフェクションが濃縮されていることに起因する。対照的に、マウスモデルでは、RNA のトランスフェクションに関しては逆の傾向が観察された。全体的に、我々の結果は、ベクターの親油性とワクチン環境における RNA トランスフェクションとの間に重要な関係があることを示唆しており、ポリマーの生体適合性は、インビボでの効果的なタンパク質産生における重要なパラメータとなる可能性がある。
RNA technology has the potential to revolutionise vaccination. However, the lack of clear structure-property relationships in relevant biological models mean there is no clear consensus on the chemical motifs necessary to improve RNA delivery. In this work, we describe the synthesis of a series of copolymers based on the self-hydrolysing charge reversible polycation poly(dimethylaminoethylacrylate) (pDMAEA), varying the lipophilicity of the additional comonomers. All copolymers formed stable polyplexes, showing efficient complexation with model nucleic acids from nitrogen/phosphate (N/P) ratios of N/P=5, with more hydrophobic complexes exhibiting slower charge reversal and disassembly compared to hydrophilic analogues. The more hydrophobic copolymers outperformed hydrophilic versions, homopolymer controls and the reference standard polymer, PEI, in transfection assays on 2D cell monolayers, albeit with significantly higher toxicity. Similarly, hydrophobic derivatives displayed up to 4-fold higher efficacy in terms of numbers of cells expressing green fluorescent protein (GFP+) cells in ex vivo human skin (10%) compared to free RNA (2%), attributed to transfection enrichment in epithelial cells. In contrast, in a mouse model we observed the reverse trend in terms of RNA transfection, with no observable protein production in more hydrophobic analogues, whereas hydrophilic copolymers induced the highest transfection in vivo. Overall, our results suggest an important relationship between vector lipophilicity and RNA transfection in vaccine settings, with polymer biocompatibility potentially a key parameter in effective in vivo protein production.