Revolutionäre PEI-vermittelte Genabgabe für überlegene Transfektionseffizienz

Schöpfen Sie das volle Potenzial der Genübertragung mit Das innovative PEI von Yeasen Biotechnology (Polyethylenimin)-Derivat. Dieses fortschrittliche Gentransfer-Tool überwindet die Einschränkungen des herkömmlichen PEI durch Reduzierung Zytotoxizität und Steigerung Transfektionseffizienz.

Hauptvorteile:

• Hohe Stabilität: Einzigartig Wasserstoffbrücken Und hydrophobe Modifikationen Verbesserung der Stabilität des PEI/Nukleinsäurekomplexes und Gewährleistung zuverlässige Transfektion.
• Reduzierte Toxizität: Geringere Kationendichte minimiert Zellmembranschädenund bietet eine sicherere und effektivere Entbindung.
• Verbesserte Transfektion: Höher Zelllebensfähigkeit und effizient AAV-Produktion, perfekt für therapeutische und Forschungsanwendungen.
• Intelligenteres Design: Innovativ, auf dem neuesten Stand Molekulardynamik der KI Und Hochdurchsatz-Screening Leistung optimieren.
• Große Kosten reduziert

Die fortschrittliche PEI-Formulierung von Yeasen bietet überlegene Gentransfektion Ergebnisse und sorgt für zuverlässige und ertragreiche AAV-Produktion, perfekt für In-vivo-Anwendungen und biomedizinische Forschung.

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Lineares Polyethylenimin (PEI) ist seit langem als vielseitiger und effektiver Gentransportvektor anerkannt. Seine lineare Struktur mit seiner hohen Dichte an Stickstoffatomen verleiht ihm die inhärente Fähigkeit, mit negativ geladenen Nukleinsäuren wie DNA und RNA zu interagieren. Diese hohe Dichte an kationischen Ladungen macht PEI zu einem effizienten Protonenschwamm. Dieser Begriff beschreibt seine Fähigkeit, Protonen in sauren Umgebungen zu absorbieren, was für seine Funktion als Gentransportmittel von zentraler Bedeutung ist. Im Zusammenhang mit dem Nukleinsäuretransport erleichtern die elektrostatischen Interaktionen von PEI mit dem negativ geladenen Phosphatrückgrat von Nukleinsäuren die Bildung stabiler PEI/Nukleinsäurekomplexe, die die Nukleinsäuren vor dem Abbau durch Nukleasen in biologischen Systemen schützen. Diese Komplexe spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Stabilität und Funktionalität der Nukleinsäuren während des Transfektionsprozesses.

Nach ihrer Bildung zeigen diese PEI/Nukleinsäure-Komplexe eine verbesserte Fähigkeit zur Interaktion mit Zellmembranen. Die elektrostatische Anziehung zwischen den positiv geladenen PEI-Komplexen und der negativ geladenen Zelloberfläche erleichtert ihre Adhäsion, während die anschließende Endozytose die zelluläre Internalisierung ermöglicht. Nach dem Eintritt in die Zelle löst der niedrige pH-Wert im Endosom die Protonierung von PEI aus, was zu einem Zufluss von Gegenionen in das Endosom führt, um das Ladungsungleichgewicht auszugleichen. Infolgedessen werden Wassermoleküle in das Endosom gezogen, was zu einem Anstieg des osmotischen Drucks führt. Dieser steigende osmotische Druck führt letztendlich zum Bruch der Endosomenmembran, ein Phänomen, das die Freisetzung des PEI/Nukleinsäure-Komplexes in das Zytoplasma erleichtert. Dieser als „Protonenschwamm-Effekt“ bezeichnete Prozess ist ein entscheidender Mechanismus, durch den die PEI-vermittelte Transfektion eine hohe Effizienz erreicht.

Trotz der beeindruckenden Transfektionsfähigkeiten von linearem PEI kann die hohe kationische Ladungsdichte, die es zu einem so effektiven Gentransportvektor macht, auch zur Zytotoxizität führen. Die positive Ladung von PEI interagiert mit negativ geladenen Komponenten in der Zellmembran und intrazellulären Strukturen und kann so die Zelle schädigen.Eine der Herausforderungen bei der Anwendung von PEI in Genabgabesystemen liegt daher in seiner Toxizität, die sein therapeutisches Potenzial erheblich beeinträchtigen kann. Daher ist die Optimierung des Molekulargewichts und der Konzentration von PEI unerlässlich, um die Toxizität zu minimieren und gleichzeitig die Aufrechterhaltung einer hohen Transfektionseffizienz sicherzustellen.

Abbildung 2. Screening von PEI-Modifikationsmolekülen.

Um das Toxizitätsproblem zu lösen und die Leistung von PEI weiter zu verbessern, haben Forscher verschiedene Strategien zur Modifizierung und Verbesserung des Moleküls untersucht. Zu den vielversprechendsten dieser Ansätze gehört die Entwicklung von PEI-Derivaten durch chemische Modifikationen, einschließlich der PEGylierung [1], einem Prozess, bei dem Polyethylenglykolketten (PEG) an PEI-Moleküle konjugiert werden. Die PEGylierung verbessert nachweislich die Biokompatibilität und Stabilität von PEI-basierten Vektoren, indem sie ihre Immunogenität verringert und ihre Löslichkeit in biologischen Systemen verbessert. Darüber hinaus wurden andere chemische Modifikationen [2, 3], wie die Einführung hydrophober Gruppen oder die Optimierung der Polymerkettenlänge, untersucht, um die Abgabeeffizienz und das Sicherheitsprofil von PEI zu verbessern.

Yeasen Biotechnology ist sich der Notwendigkeit kontinuierlicher Innovation bewusst und hat fortschrittliche Technologieplattformen, darunter Molekulardynamiksimulationen mit künstlicher Intelligenz (KI) und molekulare Dockingtechniken, genutzt, um eine Reihe neuartiger PEI-Derivate zu entwickeln. Diese rechnergestützten Methoden ermöglichen die effiziente Untersuchung potenzieller Modifikationen auf molekularer Ebene und ermöglichen die Identifizierung vielversprechender PEI-Derivate mit verbesserter biologischer Aktivität, Stabilität und Sicherheit. Durch Hochdurchsatz-Screening wurden diese modifizierten PEI-Kandidaten auf ihr Transfektionspotenzial hin untersucht und diejenigen mit vielversprechender Aktivität einer umfassenden Strukturoptimierung und In-vitro-Zellexperimenten unterzogen. Dieser strenge Prozess führte zur Identifizierung von Leitsubstanzen mit verbesserter Leistung.

Der Höhepunkt dieser Forschungs- und Entwicklungsarbeit war die Schaffung einer neuen PEI-Variante, die über unabhängige geistige Eigentumsrechte verfügt und erhebliche Verbesserungen gegenüber herkömmlichen PEI-Formulierungen bietet. Dieses innovative PEI-Derivat befasst sich mit mehreren wichtigen Herausforderungen im Zusammenhang mit der Genübertragung, darunter Zytotoxizität, Transfektionseffizienz und Biokompatibilität.

1. Zu den Hauptmerkmalen des neu entwickelten PEI-Derivats gehört eine sorgfältig reduzierte Kationendichte, die die Zytotoxizität deutlich verringert, während gleichzeitig ein effektives Maß an Nukleinsäurebindung und Transfektionseffizienz erhalten bleibt. Diese Modifikation verbessert das allgemeine Sicherheitsprofil des Transfektionsreagenzes und macht es besser geeignet für In-vivo-Anwendungen, bei denen Zytotoxizität ein großes Problem darstellen kann.
2. Darüber hinaus führt das Strukturdesign dieser neuen PEI-Variante Wasserstoffbrücken zwischen dem Transfektionskomplex und der Nukleinsäure ein und ergänzt so die elektrostatischen Wechselwirkungen, die normalerweise für die Komplexbildung verantwortlich sind. Diese Modifikation verbessert die Stabilität des PEI/Nukleinsäure-Komplexes und sorgt für zuverlässigere Transfektionsergebnisse.
3. Darüber hinaus verfügt die Modifikationsgruppe des neuen PEI-Derivats über hydrophobe Eigenschaften, die die Fusion des Transfektionskomplexes mit der Zellmembran verbessern. Diese strukturelle Anpassung fördert die effiziente Aufnahme des Transfektionskomplexes durch die Zellen und verbessert so die Gesamttransfektionseffizienz.Diese doppelten Modifikationen – reduzierte Kationendichte und Einführung von Wasserstoffbrücken und hydrophoben Eigenschaften – führen gemeinsam zu einem stabileren, biokompatibleren und effizienteren Vektor für die Genübertragung.

Abbildung 4. Der Ultra PEI AAV weist im Vergleich zu führenden Wettbewerbern die höchste virale Vektorausbeute auf. AAV2, AAV5, AAV8 und AAV9 wurden in Suspensionszellen 293F mit einer DNA-Dosierung von 1 µg pro Million Zellen produziert. Das Virus wurde 72 Stunden nach der Transfektion geerntet und der Virusüberstand analysiert.

Abbildung 5. Der Ultra-PEI-AAV demonstriert eine effiziente virale Vektorproduktion mit geringem PEI- und Plasmideinsatz. AAV9 wurde in Suspensionszellen 293F mit unterschiedlichen Ultra-PEI-Zugaben (links, Plasmidzugabe: 0,5 μg) oder Plasmidzugaben (rechts, Ultra-PEI-Zugabe 0,6 μL) pro Million Zellen produziert. Das Virus wurde 72 Stunden nach der Transfektion geerntet.

Die Leistung dieser neuartigen Ultra-PEI-Formulierung hat im Vergleich zu herkömmlichen PEI-Varianten erhebliche Verbesserungen bei der Transfektionseffizienz und Zelllebensfähigkeit gezeigt. Das modifizierte PEI ist besonders vorteilhaft für Anwendungen wie die Produktion von Adeno-assoziierten Viren (AAV), bei denen längere Expositionszeiten des Transfektionskomplexes und geringere Plasmid-DNA-Eingabemengen erforderlich sind. Durch die Verbesserung der Stabilität des Transfektionskomplexes und seiner Zellmembranfusionsfähigkeiten kann diese neue PEI-Formulierung die anspruchsvollen Anforderungen der AAV-Produktion erfüllen, was zu höheren Erträgen und einer effizienteren Genübertragung führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass lineares PEI zwar schon lange ein wertvolles Mittel zur Genübertragung ist, sein Potenzial jedoch durch seine Zytotoxizität und suboptimale Transfektionseffizienz in bestimmten Anwendungen begrenzt ist. Durch den Einsatz fortschrittlicher molekularer Design- und Modifikationsstrategien hat Yeasen Biotechnology ein neuartiges PEI-Derivat mit verbesserten Leistungsmerkmalen entwickelt.

Diese neue Formulierung reduziert nicht nur die Toxizität und verbessert die Biokompatibilität, sondern bietet auch erhebliche Verbesserungen der Transfektionseffizienz, was sie zu einem vielversprechenden Kandidaten sowohl für Forschungs- als auch für therapeutische Anwendungen macht. Da sich die Technologien zur Genabgabe ständig weiterentwickeln, stellt diese neue PEI-Variante einen spannenden Fortschritt bei der Entwicklung sichererer und effektiverer Genabgabesysteme für eine Vielzahl biomedizinischer Anwendungen dar.

Zitat

[1] Holger Petersen, Petra M. Fechner, Dagmar Fischer und Thomas Kissel. Synthese, Charakterisierung und Biokompatibilität von Polyethylenimin-graft-poly(ethylenglykol)-Blockcopolymeren. Makromoleküle 2002, 35, 6867-6874.

[2] M Hashemi, BH Parhiz, A Hatefi und M Ramezani. Modifiziertes Polyethylenimin mit Histidin–Lysin-Kurzpeptide als Genträger.Cancer Gene Therapy (2011) 18, 12–19.

[3] N Mohammadi, N Fayazi Hosseini, H Nemati, H Moradi-Sardareh, M Nabi-Afjadi, GA Kardar. Überprüfung der Eigenschaften und modifizierter, auf Polyethylenimin basierender Gen-Transportsysteme für Krebserkrankungen.Volumen 62, Seiten 18–39, (2024).

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