Qui descriviamo un protocollo per la generazione di nanoliposomi cationici, che si basa sul metodo a secco-pellicola e possono essere utilizzato per la cassaforte e consegna efficiente in vitro di trascritti di RNA messaggero.
Lo sviluppo di RNA messaggero (mRNA)-base terapeutica per il trattamento di varie malattie diventa sempre più importante a causa del positivo proprietà in vitro di trascritti di mRNA (IVT). Con l’aiuto di IVT mRNA, la sintesi de novo di una proteina desiderata può essere indotta senza modificare lo stato fisiologico della cellula bersaglio. Inoltre, biosintesi della proteina può essere controllato proprio a causa dell’effetto transitorio di IVT mRNA.
Per l’efficiente transfezione delle celle, nanoliposomi (NLps) possono rappresentare un veicolo di consegna sicura ed efficiente per mRNA terapeutico. Questo studio descrive un protocollo per generare sicura ed efficiente cationici NLps costituito da DC-colesterolo e 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) come un vettore di consegna di IVT mRNA. NLps avendo una definita dimensione, una distribuzione omogenea e una capacità di complessazione alta e può essere prodotto utilizzando il metodo di film secco. Inoltre, presentiamo sistemi di prova differenti per analizzare loro complessazione ed efficacies di transfezione utilizzando sintetico enhanced proteina fluorescente verde (eGFP) mRNA, come pure il loro effetto sulla vitalità cellulare. Nel complesso, il protocollo presentato fornisce un approccio efficace e sicuro per complessazione di mRNA, che può progredire e migliorare l’amministrazione di mRNA terapeutico.
L’uso di mRNA modificate per applicazioni terapeutiche ha dimostrato grandi potenzialità nell’ultimo paio di anni. Nelle malattie cardiovascolari, infiammatorie e monogenetica, così come lo sviluppo di vaccini, mRNA è un agente terapeutico promettente1.
Terapia sostitutiva della proteina con mRNA offre diversi vantaggi rispetto alla terapia genica classica, che si basa sulla transfezione del DNA nelle cellule bersaglio2. La funzione di mRNA avvia direttamente nel citosol. Anche se il plasmide DNA (pDNA), un costrutto di double-stranded, circolare DNA che contiene una regione di promotore e una sequenza del gene che codifica la proteina terapeutica3, anche atti nel citosol, può solo essere incorporata nelle cellule che stanno attraversando la mitosi al momento della trasfezione. Questo riduce il numero delle cellule transfettate in tessuto1,4. In particolare, la transfezione di tessuti con attività debole mitosi, come cellule cardiache, è difficile5. A differenza di pDNA, la transfezione e la traduzione di mRNA si verificano nelle cellule mitotiche e non-mitotica in tessuto1,6. L’integrazione virale del DNA nel genoma ospite può venire con effetti mutageni o reazioni immunitarie7,8, ma dopo la trasfezione di cellule con una codifica della proteina mRNA, la sintesi de novo della proteina voluta inizia in modo autonomo9,10. Inoltre, la sintesi delle proteine può essere regolata precisamente alla necessità del paziente attraverso dosi individuali, senza interferire con il genoma e rischiare gli effetti mutageni11. Il potenziale d’attivazione immunitaria del mRNA sinteticamente generato potrebbe essere drasticamente abbassato utilizzando pseudo-uridina e 5′-methylcytidine invece di uridina e citidina12. Pseudo-uridina modificate mRNA inoltre è stato indicato per avere una maggiore stabilità biologica e una significativamente più alta capacità traslazionale13.
Per poter beneficiare delle proprietà promettenti di terapia a base di mRNA in applicazioni cliniche, è essenziale per creare un veicolo adatto per il trasporto del mRNA nella cellula. Questo veicolo dovrebbe sopportare non tossico proprietà in vitro e in vivo, proteggere il mRNA contro nucleasi-degradazione e fornire sufficiente assorbimento cellulare per una disponibilità prolungata e la traduzione del mRNA14.
Tra tutti i tipi di vettore possibile per in vivo somministrazione di farmaci, quali nanotubi di carbonio, punti quantici e liposomi, quest’ultimo è stati studiati più di15,16. I liposomi sono vescicole costituito da un doppio strato di lipidi10. Sono anfifiliche con un idrofobo e una sezione idrofila, e attraverso l’auto-organizzazione di queste molecole, un doppio strato sferico è formata17. All’interno di liposomi, agenti terapeutici o farmaci possono essere incapsulati e, così, protetti dalla degradazione enzimatica18. Liposomi contenenti N-[1-(2,3-dioleyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammonium cloruro (DOTMA)19, [1,2-bis (oleoyloxy) -3-(trimethylammonio) propano] (DOTAP)20e dioctadecylamidoglycylspermine (cani)21, o DC-colesterolo22, sono ben caratterizzati e frequentemente utilizzati per la transfezione cellulare con DNA o RNA.
Liposomi cationici comprendono un caricato positiva del lipido e un fosfolipide uncharged23. Transfezione tramite liposomi cationici è uno dei metodi più comuni per il trasporto di acidi nucleici in cellule24,25. Le particelle di lipide cationico formano complessi con i gruppi fosfato negativamente caricato nella spina dorsale di molecole di acido nucleico26. Questi cosiddetti lipoplessi attaccare alla superficie della membrana cellulare ed entrano nella cellula tramite endocitosi o meccanismi di endocitosi-come27.
Nel 1989, Malone et al. descritto con successo mediata dei lipidi cationici mRNA transfezione28. Tuttavia, utilizzando una miscela di DOTMA e 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE), il gruppo ha trovato che DOTMA manifestato effetti citotossici28. Inoltre, Zohra et al hanno dimostrato che DOTAP (cloruro di 1,2-dioleoyloxy-3-trimetilammonio-propano) può essere utilizzato come un reagente di transfezione mRNA29. Tuttavia, per l’efficiente transfezione delle celle, DOTAP dovrebbe essere usato in combinazione con altri reagenti, come fibronectina29 o DOPE30. Finora, DOTMA era il primo lipide cationico sul mercato utilizzato per la consegna di gene31. Altri lipidi sono usate come supporto terapeutico o vengono testati in diverse fasi della sperimentazione clinica, (ad es., EndoTAG-I, contenente DOTAP come un elemento portante del lipido), è attualmente oggetto di indagine in un trial clinico di fase-II32.
Questo lavoro descrive un protocollo per la generazione di NLps contenente DC-colesterolo e DOPE. Questo metodo è facile da eseguire e permette la generazione di NLps di diverse dimensioni. L’obiettivo generale di generazione di NLp utilizzando il metodo a secco-pellicola è quello di creare liposomi per complessazione di mRNA, consentendo così efficiente e biocompatibile cellula trasfezione in vitro14,33.
Il protocollo presentato descrive la generazione di NLps con efficacia elevata incapsulamento per mRNA sinteticamente modificate, così come la transfezione affidabile di cellule in vitro. Il NLps, inoltre, garantiscono il rilascio di mRNA, che a sua volta, si traduce in una proteina funzionale all’interno delle cellule. Inoltre, le transfezioni utilizzando NLps possono essere eseguite a mezzo cellulare regolare, conseguente alta cella viabilità durante transfezione e durare fino a tre giorni dopo la trasfezion…
The authors have nothing to disclose.
Nessuno
(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) | AppliChem, Darmstadt, Germany | A2231 | |
(3β-[N-(N′,N′-dimethylaminoethane)-carbamoyl]cholesterol hydrochloride (DC-Cholesterol) | Avanti, Alabama, USA | 700001 | |
4 ′,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | D1306 | |
BD FACScan system | BD Biosciences, Heidelberg, Germany | ||
Cell Fix (10x) | BD Biosciences, Heidelberg, Germany | 340181 | |
Chloroform | Merck, Darmstadt, Germany | 102445 | |
Dimethyl sulfoxid (DMSO) | Serva Electrophoresis GmbH, Heidelberg, Germany | 20385.02 | |
Dioleoyl phosphatidylethanolamine (DOPE) | Avanti, Alabama, USA | 850725 | |
Fluorescence microscope | Zeiss Axio, Oberkochen, Germany | ||
Lipofectamine 2000 | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 11668019 | |
Mini extruder | Avanti, Alabama, USA | ||
Nuclease-free water | Qiagen, Hilden, Germany | 129114 | |
Opti-Mem | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 11058021 | |
PBS buffer (w/o Ca2+/Mg2+) | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 70011044 | |
Quant-iT Ribo Green RNA reagent kit | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | Q33140 | |
RPMI (w/o phenol red) | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 11835030 | |
Silica gel | Carl Roth, Karlsruhe, Germany | P077 | |
Trypsin/EDTA (0.05%) | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 25300054 | |
HotStar HiFidelity Polymerase Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 202602 | |
QIAquick PCR Purification Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 28104 | |
Pseudouridine-5'-Triphosphate (Ψ-UTP) |
TriLink Biotechnologies, San Diego, USA | N-1019 | |
5-Methylcytidine-5'-Triphosphate (Methyl-CTP) | TriLink Biotechnologies, San Diego, USA | N-1014 | |
Cyanine 3-CTP | PerkinElmer, Baesweiler, Germany | NEL580001EA | |
RNeasy Mini Kit | Qiagen, Hilden, Germany | 74104 | |
MEGAscript T7 Transcription Kit | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | AM1333 | |
3´-O-Me-m7G(5')ppp(5')G RNA Cap Structure Analog | New England Biolabs, Ipswich, USA | S1411L | |
Antarctic Phosphatase | New England Biolabs, Ipswich, USA | M0289S | |
Agarose | Thermo Fisher Scientific, Darmstadt, Germany | 16500-500 | |
GelRed | Biotium, Fremont, USA | 41003 | |
peqGOLD DNA ladder mix | VWR, Pennsylvania, USA | 25-2040 | |
Invitrogen 0.5-10kb RNA ladder | Fisher Scientific, Göteborg, Sweden |
11528766 |