Revolutionær PEI-medieret genlevering til overlegen transfektionseffektivitet

Frigør det fulde potentiale af genlevering med Yeasen Biotechnologys innovative PEI (Polyethylenimin) derivat. Dette avancerede genleveringsværktøj overvinder begrænsningerne ved traditionel PEI ved at reducere cytotoksicitet og boostning transfektionseffektivitet.

Vigtigste fordele:

• Høj stabilitet: Unikt hydrogenbinding og hydrofobe modifikationer forbedre PEI/nukleinsyrekompleksstabiliteten, hvilket sikrer pålidelig transfektion.
• Reduceret toksicitet: Sænket kationisk densitet minimerer cellemembranskader, der tilbyder sikrere og mere effektiv levering.
• Forbedret transfektion: Højere cellelevedygtighed og effektiv AAV produktion, perfekt til terapeutiske og forskningsmæssige anvendelser.
• Smartere design: Banebrydende AI molekylær dynamik og high-throughput screening optimere ydeevnen.
• Store omkostninger reduceret

Yeasens avancerede PEI-formulering leverer overlegent gentransfektion resultater, hvilket sikrer pålideligt og højt udbytte AAV produktion, perfekt til både in vivo applikationer og biomedicinsk forskning.

Opgrader din genleveringssystemer—maksimere effektiviteten og biokompatibilitet i dag!

Lineær polyethylenimin (PEI) har længe været anerkendt som en alsidig og effektiv genleveringsvektor. Dens lineære struktur, med dens høje tæthed af nitrogenatomer, giver den en iboende evne til at interagere med negativt ladede nukleinsyrer såsom DNA og RNA. Denne høje tæthed af kationiske ladninger gør PEI til en effektiv protonsvamp, et udtryk opfundet for at beskrive dets evne til at absorbere protoner i sure miljøer, hvilket er centralt for dets funktion som et genleveringsværktøj. I forbindelse med nukleinsyrelevering letter PEI's elektrostatiske interaktioner med den negativt ladede fosfatrygrad i nukleinsyrer dannelsen af ​​stabile PEI/nukleinsyrekomplekser, som beskytter nukleinsyrerne mod nedbrydning af nukleaser i biologiske systemer. Disse komplekser spiller en central rolle i at sikre stabiliteten og funktionaliteten af ​​nukleinsyrerne under transfektionsprocessen.

Når først disse PEI/nukleinsyrekomplekser er dannet, udviser de forbedret evne til at interagere med cellemembraner. Den elektrostatiske tiltrækning mellem de positivt ladede PEI-komplekser og den negativt ladede celleoverflade letter deres adhæsion, mens efterfølgende endocytose muliggør cellulær internalisering. Efter at være kommet ind i cellen, udløser den lave pH inde i endosomet protoneringen af ​​PEI, hvilket fører til en tilstrømning af modioner ind i endosomet for at neutralisere ladningsubalancen. Som et resultat trækkes vandmolekyler ind i endosomet, hvilket forårsager en stigning i osmotisk tryk. Dette stigende osmotiske tryk fører i sidste ende til brud på den endosomale membran, et fænomen, der letter frigivelsen af ​​PEI/nukleinsyrekomplekset til cytoplasmaet. Denne proces, omtalt som "protonsvampeffekten", er en kritisk mekanisme, hvorved PEI-medieret transfektion opnår høj effektivitet.

På trods af de imponerende transfektionsevner ved lineær PEI kan den høje kationiske ladningstæthed, der gør det til en så effektiv genleveringsvektor, også føre til cytotoksicitet. Den positive ladning af PEI interagerer med negativt ladede komponenter i cellemembranen og intracellulære strukturer, hvilket forårsager potentiel skade på cellen.Som følge heraf ligger en af ​​udfordringerne ved anvendelsen af ​​PEI i genleveringssystemer i dets toksicitet, som betydeligt kan hindre dets terapeutiske potentiale. Som et resultat er optimering af PEI's molekylvægt og koncentration afgørende for at minimere toksicitet og samtidig sikre opretholdelse af høj transfektionseffektivitet.

Figur 2. PEI Modifikation molekyle screening.

For at løse toksicitetsproblemet og yderligere forbedre PEIs ydeevne har forskere udforsket forskellige strategier til at modificere og forbedre molekylet. Blandt de mest lovende af disse tilgange er udviklingen af ​​PEI-derivater gennem kemiske modifikationer, herunder PEGylering [1], en proces, der involverer konjugering af polyethylenglycol (PEG)-kæder til PEI-molekyler. PEGylering har vist sig at forbedre biokompatibiliteten og stabiliteten af ​​PEI-baserede vektorer ved at reducere deres immunogenicitet og øge deres opløselighed i biologiske systemer. Derudover er andre kemiske modifikationer [2, 3], såsom indførelse af hydrofobe grupper eller optimering af polymerkædelængde, blevet undersøgt for at forbedre leveringseffektiviteten og sikkerhedsprofilen af ​​PEI.

I erkendelse af behovet for fortsat innovation, har Yeasen Biotechnology udnyttet avancerede teknologiplatforme, herunder kunstig intelligens (AI) molekylær dynamiksimuleringer og molekylære dockingteknikker, til at designe en række nye PEI-derivater. Disse beregningsmetoder giver mulighed for effektiv udforskning af potentielle modifikationer på molekylært niveau, hvilket muliggør identifikation af lovende PEI-derivater, der har forbedret biologisk aktivitet, stabilitet og sikkerhed. Gennem high-throughput screening blev disse modificerede PEI-kandidater vurderet for deres transfektionspotentiale, og dem, der udviste lovende aktivitet, blev udsat for omfattende strukturel optimering og in vitro celleeksperimenter. Denne strenge proces førte til identifikation af blyforbindelser med forbedret ydeevne.

Kulminationen af ​​denne forsknings- og udviklingsindsats resulterede i skabelsen af ​​en ny PEI-variant, som har uafhængige intellektuelle ejendomsrettigheder og tilbyder betydelige forbedringer i forhold til konventionelle PEI-formuleringer. Dette innovative PEI-derivat adresserer flere nøgleudfordringer forbundet med genlevering, herunder cytotoksicitet, transfektionseffektivitet og biokompatibilitet.

1. Nøglekarakteristika ved det nyudviklede PEI-derivat omfatter en omhyggeligt reduceret kationisk tæthed, som signifikant reducerer cytotoksicitet, samtidig med at et effektivt niveau af nukleinsyrebinding og transfektionseffektivitet opretholdes. Denne modifikation forbedrer den overordnede sikkerhedsprofil af transfektionsreagenset, hvilket gør det mere egnet til in vivo-applikationer, hvor cytotoksicitet kan være et stort problem.
2. Derudover introducerer det strukturelle design af denne nye PEI-variant hydrogenbinding mellem transfektionskomplekset og nukleinsyren, hvilket komplementerer de elektrostatiske interaktioner, der typisk er ansvarlige for kompleksdannelse. Denne modifikation forbedrer stabiliteten af ​​PEI/nukleinsyrekomplekset, hvilket sikrer mere pålidelige transfektionsresultater.
3. Endvidere inkorporerer modifikationsgruppen af ​​det nye PEI-derivat hydrofobe egenskaber, der forbedrer fusionen af ​​transfektionskomplekset med cellemembranen. Denne strukturelle justering fremmer den effektive optagelse af transfektionskomplekset af celler og forbedrer derved den samlede transfektionseffektivitet.Disse dobbelte modifikationer - reduceret kationisk tæthed og introduktionen af ​​hydrogenbinding og hydrofobe egenskaber - kombineres for at skabe en mere stabil, biokompatibel og effektiv genleveringsvektor.

Figur 4. Ultra PEI AAV viser de højeste virale vektorudbytter sammenlignet med førende konkurrenter. AAV2, AAV5, AAV8 og AAV9 blev produceret i suspension 293F-celler med en DNA-dosis på 1 µg pr. million celler. Virusset blev høstet 72 timer efter transfektion, og den virale supernatant blev analyseret.

Figur 5. Ultra PEI AAV demonstrerer effektiv viral vektorproduktion med lav PEI og plasmidinput. AAV9 blev produceret i suspension 293F celler med forskellig input af Ultra-PEI (venstre, Plasmids input: 0,5 μg) eller Plasmids (Højre, Ultra-PEI input 0,6 μL) doser pr. million celler. Virusset blev høstet 72 timer efter transfektion.

Ydeevnen af ​​denne nye Ultra PEI-formulering har vist væsentlige forbedringer i transfektionseffektivitet og cellelevedygtighed sammenlignet med traditionelle PEI-varianter. Den modificerede PEI er særlig fordelagtig til anvendelser såsom produktion af adeno-associeret virus (AAV), hvor der er behov for forlængede transfektionskomplekse eksponeringstider og lavere plasmid-DNA-inputniveauer. Ved at forbedre stabiliteten af ​​transfektionskomplekset og forbedre dets cellemembranfusionsevner kan denne nye PEI-formulering opfylde de krævende krav til AAV-produktion, hvilket resulterer i højere udbytter og mere effektiv genlevering.

Som konklusion, mens lineær PEI længe har været et værdifuldt værktøj til genlevering, har dets potentiale været begrænset af dets cytotoksicitet og suboptimale transfektionseffektivitet i visse applikationer. Gennem brugen af ​​avanceret molekylært design og modifikationsstrategier har Yeasen Biotechnology udviklet et nyt PEI-derivat med forbedrede ydeevneegenskaber.

Denne nye formulering reducerer ikke kun toksicitet og forbedrer biokompatibilitet, men tilbyder også betydelige forbedringer i transfektionseffektivitet, hvilket gør den til en lovende kandidat til både forskning og terapeutiske anvendelser. Efterhånden som genleveringsteknologier fortsætter med at udvikle sig, tilbyder denne nye PEI-variant et spændende fremskridt i søgen efter at udvikle sikrere, mere effektive genleveringssystemer til en række biomedicinske anvendelser.

Citation

[1] Holger Petersen, Petra M. Fechner, Dagmar Fischer og Thomas Kissel. Syntese, karakterisering og biokompatibilitet af polyethylenimin-pode-poly(ethylenglycol) blokcopolymerer. Macromolecules 2002, 35, 6867-6874.

[2] M Hashemi, BH Parhiz, A Hatefi og M Ramezani. Modificeret polyethylenimin med histidin–lysin korte peptider som genbærer.Cancer Gene Therapy (2011) 18, 12–19.

[3] N Mohammadi, N Fayazi Hosseini, H Nemati, H Moradi-Sardareh, M Nabi-Afjadi, GA Kardar. Gensyn med egenskaber og modificerede polyethylenimin-baserede kræftgenleveringssystemer.Bind 62, side 18–39, (2024).

Forespørgsel for prøver