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遺伝子の非侵襲的ビヒクルとしての腫瘍細胞膜カムフラージュリポソーム：同種グリオーマへの特異的ターゲティングと血液脳関門の通過
Tumor cellular membrane camouflaged liposomes as a non-invasive vehicle for genes: specific targeting toward homologous gliomas and traversing the blood-brain barrier.
PMID: 32667375 DOI: 10.1039/d0nr04212a.
抄録
悪性グリオーマを対象とした遺伝子治療は、従来の遺伝子ベクターでは、脳内の高度に播種された腫瘍領域全体に広くかつ特異的な遺伝子導入を達成することができないこともあり、これまでのところ成功は限られている。ここでは、ビタミンＥサクシネートグラフトε-ポリリジン（ＶＥＳ-ｇ-ＰＬ）ポリマーから組み立てられたカチオン性ミセルを最初に利用して、ＴＲＡＩＬプラスミド（ｐＤＮＡ）を凝縮させた。その後、凝縮したpDNAは、さらに腫瘍細胞膜でカモフラージュされたリポソームにカプセル化された。その結果、リポソームの表面ではなく、リポソームの内側の水性コンパートメントへのカプセル化に成功し、TEMによる形態変化とHUVECやPC-12細胞に対する細胞毒性の低下が確認された。さらに、TEM、AFM、SDS-PAGE解析により示されたように、グリオーマ細胞膜（CM）はpDNA搭載リポソームの脂質層に容易に挿入され、T@VP-MCLを形成していた。T@VP-MCLは、強いイオン強度で良好な粒子径安定性を示し、DNase Iによる分解からpDNAを効果的に保護した。また、T@VP-MCLは、CM関連タンパク質により、グリオーマRBMECで過剰発現しているICAM-1のみならず、ホモジネートグリオーマ細胞をも特異的に標的としていた。さらに、in vivoイメージングの結果、T@VP-MCLは静脈内投与後、ラットの同所性グリオーマ内に効果的に位置しており、効果的な腫瘍増殖抑制効果が得られ、ラットの延命につながることが明らかになりました。T@VP-MCLがBBBを通過するメカニズムは、タイトジャンクション関連タンパク質ZO-1およびクラウディン-5のダウンレギュレーションと強く関連していた。結論として、ここで設計されたT@VP-MCLは、治療用遺伝子のキャリアとなる可能性がある。
Gene therapy aimed at malignant gliomas has shown limited success to date due in part to the inability of conventional gene vectors to achieve widespread and specific gene transfer throughout the highly disseminated tumor zone within the brain. Herein, cationic micelles assembled from vitamin E succinate-grafted ε-polylysine (VES-g-PL) polymers were first exploited to condense TRAIL plasmids (pDNA). Thereafter, the condensed pDNA was further encapsulated into liposomes camouflaged with tumor cellular membrane. The condensed pDNA was successfully encapsulated into the inner aqueous compartments of the liposomes instead of the surface, which was proved based on the TEM morphology and decreased cytotoxicity toward HUVEC and PC-12 cells. Moreover, glioma cell membrane (CM) was easily inlaid into the lipid layer of the pDNA-loaded liposomes to form T@VP-MCL, as shown via TEM, AFM, and SDS-PAGE analysis. T@VP-MCL exhibited good particle size stability at strong ion strength and effectively protected pDNA from DNase I induced degradation. Owing to the CM-associated proteins, T@VP-MCL specifically targeted not only ICAM-1 overexpressed in glioma RBMECs but also homogenous glioma cells. Moreover, in vivo imaging showed that T@VP-MCL was effectively located in orthotopic gliomas of rats after intravenous administration, resulting in effective tumor growth inhibition, prolonging the lives of the rats. The mechanism of T@VP-MCL traversing the BBB was highly associated with the down-regulation of the tight junction-associated proteins ZO-1 and claudin-5. Conclusively, T@VP-MCL designed herein may be a potential carrier for therapeutic genes.