تسليم الجينات الثورية بوساطة PEI لكفاءة ترنسفكأيشن متفوقة

إطلاق العنان للإمكانات الكاملة لتوصيل الجينات مع مشروع PEI المبتكر من Yeasen Biotechnology مشتق (بولي إيثيلين إيمين). تتغلب أداة توصيل الجينات المتقدمة هذه على قيود PEI التقليدية من خلال تقليل السمية الخلوية وتعزيز كفاءة النقل الجيني.

الفوائد الرئيسية:

• استقرار عالي: فريد الرابطة الهيدروجينية و تعديلات كارهة للماء تعزيز استقرار مجمع PEI/الحمض النووي، مما يضمن انتقال موثوق.
• انخفاض السمية:تقليل الكثافة الكاتيونية يقلل تلف غشاء الخلية، مما يوفر توصيلًا أكثر أمانًا وفعالية.
• تحسين عملية النقل الجيني:أعلى قابلية الخلية للبقاء وفعالة إنتاج AAVمثالية للتطبيقات العلاجية والبحثية.
• تصميم أكثر ذكاءً: المتطور والحديث ديناميكيات جزيئية الذكاء الاصطناعي و فحص عالي الإنتاجية تحسين الأداء.
• تم تخفيض التكلفة بشكل كبير

توفر تركيبة PEI المتقدمة من Yeasen نتائج فائقة نقل الجينات النتائج، وضمان موثوقية عالية وعائد مرتفع إنتاج AAV، مثالية للتطبيقات الحيوية و البحث الطبي الحيوي.

قم بتحديث جهازك أنظمة توصيل الجينات-تعظيم الكفاءة و التوافق الحيوي اليوم!

لقد تم التعرف منذ فترة طويلة على البولي إيثيلين إيمين الخطي (PEI) باعتباره ناقلًا متعدد الاستخدامات وفعالًا لتوصيل الجينات. يمنحه هيكله الخطي، مع كثافته العالية من ذرات النيتروجين، قدرة متأصلة على التفاعل مع الأحماض النووية المشحونة سلبًا مثل الحمض النووي والحمض النووي الريبي. تجعل هذه الكثافة العالية من الشحنات الكاتيونية البولي إيثيلين إيمين الخطي إسفنجة بروتون فعالة، وهو مصطلح تم صياغته لوصف قدرته على امتصاص البروتونات داخل البيئات الحمضية، وهو أمر أساسي لوظيفته كأداة لتوصيل الجينات. في سياق توصيل الأحماض النووية، تسهل تفاعلات البولي إيثيلين إيمين الخطي الكهروستاتيكية مع العمود الفقري الفوسفاتي المشحون سلبًا للأحماض النووية تكوين معقدات البولي إيثيلين إيمين الخطي/الأحماض النووية المستقرة، والتي تحمي الأحماض النووية من التحلل بواسطة النوكليازات في الأنظمة البيولوجية. تلعب هذه المعقدات دورًا محوريًا في ضمان استقرار ووظائف الأحماض النووية أثناء عملية النقل.

بمجرد تكوينها، تظهر هذه المجمعات المكونة من حمض البولي إيثيلين/الأحماض النووية قدرة متزايدة على التفاعل مع أغشية الخلايا. يسهل الجذب الكهروستاتيكي بين مجمعات حمض البولي إيثيلين/الأحماض النووية المشحونة إيجابيا وسطح الخلية المشحون سلبًا التصاقها، في حين تمكن عملية البلعمة اللاحقة من دخول الخلية. بعد دخول الخلية، يؤدي انخفاض الرقم الهيدروجيني داخل الجسيم الداخلي إلى بروتونات حمض البولي إيثيلين/الأحماض النووية، مما يؤدي إلى تدفق الأيونات المضادة إلى الجسيم الداخلي لتحييد اختلال التوازن الشحني. ونتيجة لذلك، يتم سحب جزيئات الماء إلى الجسيم الداخلي، مما يتسبب في زيادة الضغط الاسموزي. يؤدي هذا الضغط الاسموزي المتزايد في النهاية إلى تمزق الغشاء الداخلي، وهي الظاهرة التي تسهل إطلاق مجمع حمض البولي إيثيلين/الأحماض النووية إلى السيتوبلازم. هذه العملية، التي يشار إليها باسم "تأثير إسفنجة البروتون"، هي آلية حاسمة تحقق بها عملية النقل بوساطة حمض البولي إيثيلين/الأحماض النووية كفاءة عالية.

على الرغم من قدرات النقل الرائعة لـ PEI الخطي، فإن كثافة الشحنة الكاتيونية العالية التي تجعله ناقلًا فعالًا لتوصيل الجينات يمكن أن تؤدي أيضًا إلى السمية الخلوية. تتفاعل الشحنة الموجبة لـ PEI مع المكونات المشحونة سلبًا في غشاء الخلية والهياكل داخل الخلايا، مما يتسبب في تلف محتمل للخلية.وبالتالي، فإن أحد التحديات في تطبيق PEI في أنظمة توصيل الجينات يكمن في سميته، مما قد يعيق بشكل كبير إمكاناته العلاجية. ونتيجة لذلك، فإن تحسين الوزن الجزيئي لـ PEI وتركيزه أمر ضروري لتقليل السمية مع ضمان الحفاظ على كفاءة عالية في النقل الجيني.

الشكل 2. فحص جزيء تعديل PEI.

لمعالجة مشكلة السمية وتعزيز أداء PEI بشكل أكبر، استكشف الباحثون استراتيجيات مختلفة لتعديل وتحسين الجزيء. ومن بين أكثر هذه الأساليب الواعدة تطوير مشتقات PEI من خلال التعديلات الكيميائية، بما في ذلك PEGylation [1]، وهي عملية تنطوي على اقتران سلاسل البولي إيثيلين جليكول (PEG) بجزيئات PEI. وقد ثبت أن PEGylation يحسن التوافق الحيوي واستقرار النواقل القائمة على PEI من خلال تقليل مناعتها وتعزيز قابليتها للذوبان في الأنظمة البيولوجية. بالإضافة إلى ذلك، تم استكشاف تعديلات كيميائية أخرى [2، 3]، مثل إدخال مجموعات كارهة للماء أو تحسين طول سلسلة البوليمر، لتحسين كفاءة التوصيل وملف السلامة لـ PEI.

إدراكًا للحاجة إلى الابتكار المستمر، استفادت شركة Yeasen Biotechnology من منصات التكنولوجيا المتقدمة، بما في ذلك محاكاة ديناميكيات الجزيئات بالذكاء الاصطناعي وتقنيات الالتحام الجزيئي، لتصميم سلسلة من مشتقات PEI الجديدة. تسمح هذه الأساليب الحسابية بالاستكشاف الفعال للتعديلات المحتملة على المستوى الجزيئي، مما يتيح تحديد مشتقات PEI الواعدة التي تمتلك نشاطًا بيولوجيًا واستقرارًا وسلامة محسّنة. من خلال الفحص عالي الإنتاجية، تم تقييم مرشحي PEI المعدلين هؤلاء من حيث إمكاناتهم في النقل، وخضع أولئك الذين أظهروا نشاطًا واعدًا لتحسين هيكلي مكثف وتجارب خلوية في المختبر. أدت هذه العملية الصارمة إلى تحديد المركبات الرائدة ذات الأداء المحسن.

وقد أسفرت جهود البحث والتطوير هذه عن إنشاء مشتق جديد من مادة PEI، والذي يتمتع بحقوق الملكية الفكرية المستقلة ويقدم تحسينات كبيرة على تركيبات مادة PEI التقليدية. ويعالج هذا المشتق المبتكر من مادة PEI العديد من التحديات الرئيسية المرتبطة بتوصيل الجينات، بما في ذلك السمية الخلوية وكفاءة النقل والتوافق البيولوجي.

1. تتضمن الخصائص الرئيسية لمشتق PEI المطوَّر حديثًا كثافة كاتيونية مخفضة بعناية، مما يقلل بشكل كبير من السمية الخلوية مع الحفاظ على مستوى فعال من ارتباط الأحماض النووية وكفاءة النقل. يعزز هذا التعديل ملف السلامة العام لكاشف النقل، مما يجعله أكثر ملاءمة للتطبيقات الحيوية حيث يمكن أن تكون السمية الخلوية مصدر قلق كبير.
2. بالإضافة إلى ذلك، يقدم التصميم البنيوي لهذا المتغير الجديد من بروتين PEI رابطة هيدروجينية بين معقد التحويل والحمض النووي، مما يكمل التفاعلات الكهروستاتيكية المسؤولة عادةً عن تكوين المعقد. يعمل هذا التعديل على تحسين استقرار معقد بروتين PEI/الحمض النووي، مما يضمن نتائج تحويل أكثر موثوقية.
3. علاوة على ذلك، تتضمن مجموعة تعديل مشتق PEI الجديد خصائص كارهة للماء تعمل على تعزيز اندماج معقد النقل مع غشاء الخلية. يعزز هذا التعديل البنيوي الامتصاص الفعال لمعقد النقل بواسطة الخلايا، وبالتالي تحسين كفاءة النقل بشكل عام.تتحد هذه التعديلات المزدوجة - انخفاض الكثافة الكاتيونية وإدخال الروابط الهيدروجينية والخصائص الكارهة للماء - لإنشاء ناقل لتوصيل الجينات أكثر استقرارًا وتوافقًا حيويًا وكفاءة.

الشكل 4. يظهر Ultra PEI AAV أعلى إنتاجية للناقلات الفيروسية مقارنة بالمنافسين الرئيسيين. تم إنتاج AAV2 وAAV5 وAAV8 وAAV9 في خلايا 293F المعلقة، بجرعة DNA تبلغ 1 ميكروجرام لكل مليون خلية. تم حصاد الفيروس بعد 72 ساعة من التحويل الجيني، وتم تحليل السائل الفيروسي.

الشكل 5. يوضح Ultra PEI AAV إنتاج ناقل فيروسي فعال مع كمية قليلة من PEI ومدخلات البلازميد. تم إنتاج AAV9 في خلايا 293F المعلقة باستخدام جرعات مختلفة من Ultra-PEI (على اليسار، مدخلات البلازميد: 0.5 ميكروجرام) أو البلازميدات (على اليمين، مدخلات Ultra-PEI 0.6 ميكرولتر) لكل مليون خلية. تم حصاد الفيروس بعد 72 ساعة من التحويل الجيني.

لقد أظهر أداء تركيبة Ultra PEI الجديدة هذه تحسنًا كبيرًا في كفاءة النقل وقابلية الخلايا للبقاء مقارنة بمتغيرات PEI التقليدية. تعد PEI المعدلة مفيدة بشكل خاص للتطبيقات مثل إنتاج الفيروس الغدي المرتبط (AAV)، حيث توجد حاجة إلى أوقات تعرض مجمع النقل الممتدة ومستويات إدخال الحمض النووي البلازميدي المنخفضة. من خلال تعزيز استقرار مجمع النقل وتحسين قدراته على اندماج غشاء الخلية، يمكن لتركيبة PEI الجديدة هذه تلبية المتطلبات الصارمة لإنتاج AAV، مما يؤدي إلى إنتاج أعلى وتوصيل أكثر كفاءة للجينات.

في الختام، في حين أن PEI الخطي كان منذ فترة طويلة أداة قيمة لتوصيل الجينات، إلا أن إمكاناته كانت محدودة بسبب سميته الخلوية وكفاءته غير المثالية في النقل في تطبيقات معينة. من خلال استخدام استراتيجيات التصميم الجزيئي والتعديل المتقدمة، طورت Yeasen Biotechnology مشتق PEI جديد بخصائص أداء محسنة.

لا تعمل هذه التركيبة الجديدة على تقليل السمية وتحسين التوافق البيولوجي فحسب، بل إنها تقدم أيضًا تحسينات كبيرة في كفاءة النقل الجيني، مما يجعلها مرشحًا واعدًا لكل من التطبيقات البحثية والعلاجية. ومع استمرار تطور تقنيات توصيل الجينات، فإن هذا المتغير الجديد من PEI يقدم تقدمًا مثيرًا في السعي لتطوير أنظمة توصيل جينية أكثر أمانًا وفعالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات الطبية الحيوية.

الاستشهاد

[1] هولجر بيترسن، بيترا م. فيشنر، داجمار فيشر، وتوماس كيسل. تخليق وتوصيف والتوافق الحيوي لبوليمرات كتلة البولي إيثيلين إيمين-الطعم-بولي (إيثيلين جليكول). الجزيئات الكبيرة 2002، 35، 6867-6874.

[2] م هاشمي، ب ح بارهيز، أ هاتيفي و م رامزاني. بولي إيثيلين إيمين معدل مع هيستيدين-ببتيدات الليسين القصيرة كحامل للجين. العلاج الجيني للسرطان (2011) 18، 12-19.

[3] ن. محمدي، ن. فياضي حسيني، ح. نعمتي، ح. مرادي سرداره، م. نبي أفجادي، ج. أ. كاردار. إعادة النظر في خصائص وأنظمة نقل جينات السرطان المعدلة القائمة على البولي إيثيلين إيمين.مقدار 62, الصفحات 18-39، (2024).

الاستعلام عن العينات