बेहतर अभिकर्मक दक्षता के लिए क्रांतिकारी PEI की मध्यस्थता जीन वितरण

जीन वितरण की पूरी क्षमता को अनलॉक करें येसेन बायोटेक्नोलॉजी का अभिनव PEI (पॉलीएथिलीनिमाइन) व्युत्पन्न। यह उन्नत जीन डिलीवरी उपकरण पारंपरिक PEI की सीमाओं को कम करके दूर करता है cytotoxicity और बढ़ावा देना ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता.

मुख्य लाभ:

• उच्च स्थिरता: अद्वितीय हाइड्रोजन बंध और हाइड्रोफोबिक संशोधन पीईआई/न्यूक्लिक एसिड कॉम्प्लेक्स स्थिरता को बढ़ाना, सुनिश्चित करना विश्वसनीय ट्रांसफ़ेक्शन.
• विषाक्तता कम हुई: कम धनायनिक घनत्व न्यूनतम हो जाता है कोशिका झिल्ली क्षति, अधिक सुरक्षित एवं प्रभावी डिलीवरी प्रदान करना।
• बेहतर ट्रांसफ़ेक्शन: उच्चतर कोशिका व्यवहार्यता और कुशल एएवी उत्पादन, चिकित्सीय और अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए एकदम उपयुक्त।
• स्मार्ट डिजाइन: अग्रणी एआई आणविक गतिशीलता और उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग प्रदर्शन को अनुकूलित करें.
• लागत में बड़ी कमी

येसेन का उन्नत पीईआई फॉर्मूलेशन बेहतर परिणाम देता है जीन ट्रांसफ़ेक्शन परिणाम, विश्वसनीय और उच्च उपज सुनिश्चित करना एएवी उत्पादन, दोनों विवो अनुप्रयोगों के लिए एकदम सही है और जैव चिकित्सा अनुसंधान.

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रैखिक पॉलीइथिलीनिमाइन (PEI) को लंबे समय से एक बहुमुखी और प्रभावी जीन डिलीवरी वेक्टर के रूप में पहचाना जाता है। इसकी रैखिक संरचना, नाइट्रोजन परमाणुओं के उच्च घनत्व के साथ, इसे DNA और RNA जैसे नकारात्मक रूप से आवेशित न्यूक्लिक एसिड के साथ बातचीत करने की एक अंतर्निहित क्षमता प्रदान करती है। धनायनिक आवेशों का यह उच्च घनत्व PEI को एक कुशल प्रोटॉन स्पंज बनाता है, यह शब्द अम्लीय वातावरण में प्रोटॉन को अवशोषित करने की इसकी क्षमता का वर्णन करने के लिए गढ़ा गया है, जो जीन डिलीवरी टूल के रूप में इसके कार्य के लिए केंद्रीय है। न्यूक्लिक एसिड डिलीवरी के संदर्भ में, न्यूक्लिक एसिड के नकारात्मक रूप से आवेशित फॉस्फेट बैकबोन के साथ PEI की इलेक्ट्रोस्टैटिक अंतःक्रियाएं स्थिर PEI/न्यूक्लिक एसिड कॉम्प्लेक्स के निर्माण की सुविधा प्रदान करती हैं, जो जैविक प्रणालियों में न्यूक्लियस द्वारा न्यूक्लिक एसिड को क्षरण से बचाती हैं। ये कॉम्प्लेक्स ट्रांसफ़ेक्शन प्रक्रिया के दौरान न्यूक्लिक एसिड की स्थिरता और कार्यक्षमता सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

एक बार बनने के बाद, ये PEI/न्यूक्लिक एसिड कॉम्प्लेक्स कोशिका झिल्ली के साथ बातचीत करने की बढ़ी हुई क्षमता प्रदर्शित करते हैं। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए PEI कॉम्प्लेक्स और नकारात्मक रूप से चार्ज की गई कोशिका सतह के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक आकर्षण उनके आसंजन को सुविधाजनक बनाता है, जबकि बाद में एंडोसाइटोसिस सेलुलर आंतरिककरण को सक्षम बनाता है। कोशिका में प्रवेश करने के बाद, एंडोसोम के अंदर कम pH PEI के प्रोटॉनेशन को ट्रिगर करता है, जिससे चार्ज असंतुलन को बेअसर करने के लिए एंडोसोम में काउंटरआयन का प्रवाह होता है। नतीजतन, पानी के अणु एंडोसोम में खींचे जाते हैं, जिससे आसमाटिक दबाव में वृद्धि होती है। यह बढ़ता आसमाटिक दबाव अंततः एंडोसोमल झिल्ली के टूटने की ओर ले जाता है, एक ऐसी घटना जो PEI/न्यूक्लिक एसिड कॉम्प्लेक्स को साइटोप्लाज्म में छोड़ने की सुविधा प्रदान करती है। इस प्रक्रिया को "प्रोटॉन स्पॉन्ज प्रभाव" के रूप में संदर्भित किया जाता है, यह एक महत्वपूर्ण तंत्र है जिसके द्वारा PEI-मध्यस्थ ट्रांसफ़ेक्शन उच्च दक्षता प्राप्त करता है।

रैखिक PEI की प्रभावशाली अभिसरण क्षमताओं के बावजूद, उच्च धनायनिक आवेश घनत्व जो इसे इतना प्रभावी जीन डिलीवरी वेक्टर बनाता है, साइटोटॉक्सिसिटी का कारण भी बन सकता है। PEI का सकारात्मक आवेश कोशिका झिल्ली और अंतःकोशिकीय संरचनाओं में नकारात्मक रूप से आवेशित घटकों के साथ परस्पर क्रिया करता है, जिससे कोशिका को संभावित क्षति पहुँचती है।परिणामस्वरूप, जीन डिलीवरी सिस्टम में PEI के अनुप्रयोग में चुनौतियों में से एक इसकी विषाक्तता है, जो इसकी चिकित्सीय क्षमता में काफी बाधा डाल सकती है। परिणामस्वरूप, PEI के आणविक भार और सांद्रता को अनुकूलित करना विषाक्तता को कम करने के लिए आवश्यक है, जबकि उच्च ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता के रखरखाव को सुनिश्चित करना है।

चित्र 2. पीईआई संशोधन अणु स्क्रीनिंग।

विषाक्तता की समस्या को हल करने और PEI के प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने अणु को संशोधित करने और सुधारने के लिए विभिन्न रणनीतियों की खोज की है। इन तरीकों में से सबसे आशाजनक है रासायनिक संशोधनों के माध्यम से PEI व्युत्पन्नों का विकास, जिसमें PEGylation [1] शामिल है, एक ऐसी प्रक्रिया जिसमें PEI अणुओं के लिए पॉलीइथाइलीन ग्लाइकॉल (PEG) श्रृंखलाओं का संयोजन शामिल है। PEGylation को PEI-आधारित वैक्टर की जैव-संगतता और स्थिरता में सुधार करने के लिए उनकी प्रतिरक्षात्मकता को कम करके और जैविक प्रणालियों में उनकी घुलनशीलता को बढ़ाकर दिखाया गया है। इसके अतिरिक्त, अन्य रासायनिक संशोधनों [2, 3], जैसे कि हाइड्रोफोबिक समूहों की शुरूआत या पॉलिमर श्रृंखला की लंबाई का अनुकूलन, PEI की वितरण दक्षता और सुरक्षा प्रोफ़ाइल को बेहतर बनाने के लिए खोजा गया है।

निरंतर नवाचार की आवश्यकता को पहचानते हुए, येसेन बायोटेक्नोलॉजी ने कृत्रिम बुद्धिमत्ता (एआई) आणविक गतिशीलता सिमुलेशन और आणविक डॉकिंग तकनीकों सहित उन्नत प्रौद्योगिकी प्लेटफार्मों का लाभ उठाया है, ताकि उपन्यास पीईआई व्युत्पन्नों की एक श्रृंखला तैयार की जा सके। ये कम्प्यूटेशनल विधियाँ आणविक स्तर पर संभावित संशोधनों की कुशल खोज की अनुमति देती हैं, जिससे ऐसे आशाजनक पीईआई व्युत्पन्नों की पहचान संभव हो पाती है जिनमें बेहतर जैविक गतिविधि, स्थिरता और सुरक्षा होती है। उच्च-थ्रूपुट स्क्रीनिंग के माध्यम से, इन संशोधित पीईआई उम्मीदवारों का उनके संक्रमण क्षमता के लिए मूल्यांकन किया गया था, और आशाजनक गतिविधि प्रदर्शित करने वालों को व्यापक संरचनात्मक अनुकूलन और इन विट्रो सेल प्रयोगों के अधीन किया गया था। इस कठोर प्रक्रिया ने बेहतर प्रदर्शन वाले प्रमुख यौगिकों की पहचान की।

इस शोध और विकास प्रयास के परिणामस्वरूप एक नया PEI वैरिएंट तैयार हुआ, जिसके पास स्वतंत्र बौद्धिक संपदा अधिकार हैं और जो पारंपरिक PEI फॉर्मूलेशन की तुलना में महत्वपूर्ण सुधार प्रदान करता है। यह अभिनव PEI व्युत्पन्न जीन डिलीवरी से जुड़ी कई प्रमुख चुनौतियों का समाधान करता है, जिसमें साइटोटॉक्सिसिटी, ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता और बायोकम्पैटिबिलिटी शामिल है।

1. नव विकसित PEI व्युत्पन्न की मुख्य विशेषताओं में सावधानीपूर्वक कम किया गया धनायनिक घनत्व शामिल है, जो न्यूक्लिक एसिड बाइंडिंग और ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता के प्रभावी स्तर को बनाए रखते हुए साइटोटॉक्सिसिटी को महत्वपूर्ण रूप से कम करता है। यह संशोधन ट्रांसफ़ेक्शन अभिकर्मक की समग्र सुरक्षा प्रोफ़ाइल को बढ़ाता है, जिससे यह इन विवो अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हो जाता है जहाँ साइटोटॉक्सिसिटी एक प्रमुख चिंता का विषय हो सकता है।
2. इसके अतिरिक्त, इस नए PEI वैरिएंट का संरचनात्मक डिज़ाइन ट्रांसफ़ेक्शन कॉम्प्लेक्स और न्यूक्लिक एसिड के बीच हाइड्रोजन बॉन्डिंग का परिचय देता है, जो इलेक्ट्रोस्टैटिक इंटरैक्शन को पूरक बनाता है जो आमतौर पर कॉम्प्लेक्स निर्माण के लिए जिम्मेदार होते हैं। यह संशोधन PEI/न्यूक्लिक एसिड कॉम्प्लेक्स की स्थिरता में सुधार करता है, जिससे अधिक विश्वसनीय ट्रांसफ़ेक्शन परिणाम सुनिश्चित होते हैं।
3. इसके अलावा, नए PEI व्युत्पन्न के संशोधन समूह में हाइड्रोफोबिक गुण शामिल हैं जो कोशिका झिल्ली के साथ ट्रांसफ़ेक्शन कॉम्प्लेक्स के संलयन को बढ़ाते हैं। यह संरचनात्मक समायोजन कोशिकाओं द्वारा ट्रांसफ़ेक्शन कॉम्प्लेक्स के कुशल अवशोषण को बढ़ावा देता है, जिससे समग्र ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता में सुधार होता है।ये दोहरे संशोधन - कम धनायनिक घनत्व और हाइड्रोजन बंध और हाइड्रोफोबिक गुणों का समावेश - मिलकर एक अधिक स्थिर, जैवसंगत और कुशल जीन वितरण वेक्टर बनाते हैं।

चित्र 4. अल्ट्रा पीईआई एएवी अग्रणी प्रतिस्पर्धियों की तुलना में उच्चतम वायरल वेक्टर पैदावार प्रदर्शित करता है। AAV2, AAV5, AAV8, और AAV9 को सस्पेंशन 293F कोशिकाओं में 1 µg प्रति मिलियन कोशिकाओं की डीएनए खुराक के साथ उत्पादित किया गया था। वायरस को ट्रांसफ़ेक्शन के 72 घंटे बाद काटा गया, और वायरल सुपरनैटेंट का विश्लेषण किया गया।

चित्र 5. अल्ट्रा पीईआई एएवी कम पीईआई और प्लास्मिड इनपुट के साथ कुशल वायरल वेक्टर उत्पादन प्रदर्शित करता है। एएवी9 को प्रति मिलियन कोशिकाओं में अल्ट्रा-पीईआई (बाएं, प्लास्मिड इनपुट: 0.5 μg) या प्लास्मिड (दाएं, अल्ट्रा-पीईआई इनपुट 0.6 μL) खुराक के विभिन्न इनपुट के साथ सस्पेंशन 293F कोशिकाओं में उत्पादित किया गया था। वायरस को ट्रांसफ़ेक्शन के 72 घंटे बाद काटा गया।

इस नोवेल अल्ट्रा PEI फॉर्मूलेशन के प्रदर्शन ने पारंपरिक PEI वेरिएंट की तुलना में ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता और सेल व्यवहार्यता में पर्याप्त सुधार दिखाया है। संशोधित PEI विशेष रूप से एडेनो-एसोसिएटेड वायरस (AAV) उत्पादन जैसे अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद है, जहाँ विस्तारित ट्रांसफ़ेक्शन कॉम्प्लेक्स एक्सपोज़र समय और कम प्लास्मिड DNA इनपुट स्तरों की आवश्यकता होती है। ट्रांसफ़ेक्शन कॉम्प्लेक्स की स्थिरता को बढ़ाकर और इसकी सेल झिल्ली फ़्यूज़न क्षमताओं में सुधार करके, यह नया PEI फ़ॉर्मूलेशन AAV उत्पादन की मांग की आवश्यकताओं को पूरा कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च पैदावार और अधिक कुशल जीन डिलीवरी होती है।

निष्कर्ष में, जबकि रैखिक PEI लंबे समय से जीन डिलीवरी के लिए एक मूल्यवान उपकरण रहा है, इसकी क्षमता इसकी साइटोटॉक्सिसिटी और कुछ अनुप्रयोगों में उप-इष्टतम ट्रांसफ़ेक्शन दक्षता द्वारा सीमित है। उन्नत आणविक डिजाइन और संशोधन रणनीतियों के उपयोग के माध्यम से, येसेन बायोटेक्नोलॉजी ने बेहतर प्रदर्शन विशेषताओं के साथ एक नया PEI व्युत्पन्न विकसित किया है।

यह नया सूत्रीकरण न केवल विषाक्तता को कम करता है और जैव-संगतता में सुधार करता है, बल्कि संक्रमण दक्षता में भी महत्वपूर्ण सुधार प्रदान करता है, जिससे यह अनुसंधान और चिकित्सीय अनुप्रयोगों दोनों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बन जाता है। चूंकि जीन डिलीवरी तकनीकें लगातार विकसित हो रही हैं, इसलिए यह नया PEI वैरिएंट विभिन्न प्रकार के बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए सुरक्षित, अधिक प्रभावी जीन डिलीवरी सिस्टम विकसित करने की खोज में एक रोमांचक प्रगति प्रदान करता है।

उद्धरण

[1] होल्गर पीटरसन, पेट्रा एम. फेचनर, डागमार फिशर, और थॉमस किसेल. पॉलीइथिलीनिमाइन-ग्राफ्ट-पॉली(इथिलीन ग्लाइकॉल) ब्लॉक कॉपोलिमर का संश्लेषण, लक्षण वर्णन और जैवसंगतता. मैक्रोमोलेक्यूल्स 2002, 35, 6867-6874.

[2] एम हशमी, बीएच परहिज, ए हतेफी और एम रामेजानी। हिस्टिडीन के साथ संशोधित पॉलीइथिलीनमाइन–जीन वाहक के रूप में लाइसिन लघु पेप्टाइड्स। कैंसर जीन थेरेपी (2011) 18, 12–19.

[3] एन मोहम्मदी, एन फ़याज़ी होसैनी, एच नेमाटी, एच मोरादी-सरदारेह, एम नबी-अफ़जादी, जीए कारदार। गुणों और संशोधित पॉलीएथिलीनिमाइन-आधारित कैंसर जीन डिलीवरी सिस्टम का पुनरीक्षण।आयतन 62, पृष्ठ 18–39, (2024).

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