優れたトランスフェクション効率を実現する革新的な PEI を介した遺伝子送達

Yeasen Biotechnology の革新的な PEI (ポリエチレンイミン) 誘導体で、遺伝子送達の可能性を最大限に引き出します。この高度な遺伝子送達ツールは、細胞毒性を軽減し、トランスフェクション効率を高めることで、従来の PEI の限界を克服します。

主な利点:

• 高い安定性: 独自の水素結合と疎水性修飾により、 PEI/核酸複合体の安定性が向上し、信頼性の高いトランスフェクションが保証されます。
• 毒性の低減: 陽イオン密度の低下により細胞膜の損傷が最小限に抑えられ、より安全で効果的な送達が実現します。
• トランスフェクションの改善:細胞生存率の向上と効率的なAAV 生産により、治療および研究用途に最適です。
• よりスマートな設計: 最先端のAI 分子動力学とハイスループットスクリーニングによりパフォーマンスが最適化されます。
• 大幅なコスト削減

Yeasen の高度な PEI 製剤は、優れた遺伝子トランスフェクション結果を提供し、信頼性が高く高収量のAAV 生産を保証し、生体内アプリケーションと生物医学研究の両方に最適です。

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直鎖ポリエチレンイミン (PEI) は、多用途で効果的な遺伝子送達ベクターとして長い間認識されてきました。高密度の窒素原子を含むその直鎖構造により、負に帯電した核酸 (DNA や RNA など) と相互作用する固有の能力が PEI に与えられています。この高密度の陽イオン電荷により、PEI は効率的なプロトン スポンジになります。これは酸性環境内でプロトンを吸収する能力を表す造語で、遺伝子送達ツールとしての機能の中心です。核酸送達の文脈では、核酸の負に帯電したリン酸骨格との PEI の静電相互作用により、安定した PEI/核酸複合体の形成が促進され、生物系におけるヌクレアーゼによる分解から核酸が保護されます。これらの複合体は、トランスフェクション プロセス中に核酸の安定性と機能性を確保する上で極めて重要な役割を果たします。

一旦形成されると、これらの PEI/核酸複合体は細胞膜と相互作用する能力が高まります。正に帯電した PEI 複合体と負に帯電した細胞表面との間の静電引力によって複合体の接着が促進され、その後のエンドサイトーシスによって細胞内への取り込みが可能になります。細胞内に入ると、エンドソーム内の低 pH によって PEI のプロトン化が引き起こされ、電荷の不均衡を中和するためにエンドソームに対イオンが流入します。その結果、水分子がエンドソームに引き込まれ、浸透圧が上昇します。この浸透圧の上昇によって最終的にエンドソーム膜が破裂し、PEI/核酸複合体が細胞質に放出されやすくなります。このプロセスは「プロトン スポンジ効果」と呼ばれ、PEI を介したトランスフェクションが高効率を達成する重要なメカニズムです。

直鎖状 PEI の優れたトランスフェクション能力にもかかわらず、これを非常に効果的な遺伝子送達ベクターにする高い陽イオン電荷密度は、細胞毒性を引き起こす可能性もあります。PEI の正電荷は、細胞膜および細胞内構造内の負に帯電した成分と相互作用し、細胞に損傷を与える可能性があります。その結果、遺伝子送達システムへの PEI の適用における課題の 1 つは、その治療効果を著しく阻害する可能性のある毒性にあります。その結果、毒性を最小限に抑えながら高いトランスフェクション効率を維持するためには、PEI の分子量と濃度を最適化することが不可欠です。

図 2. PEI 修飾分子のスクリーニング。

毒性の問題に対処し、PEI の性能をさらに高めるために、研究者は分子を改変および改良するためのさまざまな戦略を模索してきました。これらのアプローチの中で最も有望なものの 1 つは、化学修飾による PEI 誘導体の開発です。これには、ポリエチレングリコール (PEG) 鎖を PEI 分子に結合するプロセスである PEG 化 [1] が含まれます。PEG 化は、免疫原性を低減し、生物系における溶解性を高めることで、PEI ベースのベクターの生体適合性と安定性を向上させることが示されています。さらに、疎水性基の導入やポリマー鎖長の最適化などの他の化学修飾 [2、3] も、PEI の送達効率と安全性プロファイルを改善するために検討されてきました。

Yeasen Biotechnology は、継続的なイノベーションの必要性を認識し、人工知能 (AI) 分子動力学シミュレーションや分子ドッキング技術などの高度なテクノロジー プラットフォームを活用して、一連の新しい PEI 誘導体を設計しました。これらの計算方法により、分子レベルでの潜在的な変更を効率的に調査できるため、生物学的活性、安定性、安全性が向上した有望な PEI 誘導体を特定できます。ハイスループット スクリーニングを通じて、これらの変更された PEI 候補のトランスフェクションの可能性を評価し、有望な活性を示したものに対して、徹底的な構造最適化と in vitro 細胞実験を行いました。この厳格なプロセスにより、パフォーマンスが向上したリード化合物が特定されました。

この研究開発の成果として、独立した知的財産権を持ち、従来の PEI 製剤を大幅に改善した新しい PEI バリアントが誕生しました。この革新的な PEI 誘導体は、細胞毒性、トランスフェクション効率、生体適合性など、遺伝子送達に関連するいくつかの重要な課題に対処します。

1. 新しく開発された PEI 誘導体の主な特徴には、慎重に低減されたカチオン密度が挙げられます。これにより、核酸結合とトランスフェクション効率の有効レベルを維持しながら、細胞毒性が大幅に低下します。この変更により、トランスフェクション試薬の全体的な安全性プロファイルが向上し、細胞毒性が大きな懸念となる可能性のある生体内アプリケーションにより適したものになります。
2. さらに、この新しい PEI バリアントの構造設計により、トランスフェクション複合体と核酸の間に水素結合が導入され、複合体の形成に通常関与する静電相互作用が補完されます。この変更により、PEI/核酸複合体の安定性が向上し、より信頼性の高いトランスフェクション結果が保証されます。
3. さらに、新しい PEI 誘導体の修飾基には、トランスフェクション複合体と細胞膜の融合を強化する疎水性特性が組み込まれています。この構造調整により、細胞によるトランスフェクション複合体の効率的な取り込みが促進され、全体的なトランスフェクション効率が向上します。これらの二重の修飾 (カチオン密度の低下と水素結合および疎水性特性の導入) を組み合わせることで、より安定的で生体適合性が高く、効率的な遺伝子送達ベクターが生まれます。

 

図 4. Ultra PEI AAV は、主要な競合製品と比較して最高のウイルスベクター収量を示しています。 AAV2、AAV5、AAV8、AAV9 は、293F 細胞懸濁液で、細胞 100 万個あたり 1 µg の DNA 量で生成されました。ウイルスはトランスフェクション後 72 時間で回収され、ウイルス上清が分析されました。     

図 5 。Ultra PEI AAV は、PEI とプラスミドの投入量が少ない場合でも、効率的にウイルスベクターを生産します。AAV9は、100 万個の細胞あたり Ultra-PEI (左、プラスミド投入量: 0.5 μg) またはプラスミド (右、Ultra-PEI 投入量 0.6 μL) の異なる投入量で、懸濁液 293F 細胞で生産されました。ウイルスは、トランスフェクションの 72 時間後に回収されました。

この新しい超 PEI 製剤の性能は、従来の PEI バリアントと比較して、トランスフェクション効率と細胞生存率が大幅に向上していることが示されています。改良された PEI は、トランスフェクション複合体の露出時間を延長し、プラスミド DNA 入力レベルを低くする必要があるアデノ随伴ウイルス (AAV) 製造などの用途に特に有利です。トランスフェクション複合体の安定性を高め、細胞膜融合能力を改善することで、この新しい PEI 製剤は AAV 製造の厳しい要件を満たすことができ、結果として収量の増加と遺伝子送達の効率化が実現します。

結論として、線状 PEI は長い間遺伝子送達の貴重なツールでしたが、その細胞毒性と特定の用途におけるトランスフェクション効率の低さにより、その可能性は制限されてきました。Yeasen Biotechnology は、高度な分子設計と修飾戦略の​​使用により、性能特性を強化した新しい PEI 誘導体を開発しました。

この新しい製剤は、毒性を軽減し、生体適合性を向上させるだけでなく、トランスフェクション効率も大幅に改善し、研究と治療の両方の用途で有望な候補となっています。遺伝子送達技術が進化し続ける中、この新しい PEI バリアントは、さまざまな生物医学用途向けに、より安全で効果的な遺伝子送達システムを開発するという探求において、画期的な進歩をもたらします。

引用

[1] Holger Petersen、Petra M. Fechner、Dagmar Fischer、およびThomas Kissel 。ポリエチレンイミン-グラフト-ポリ(エチレングリコール)ブロック共重合体の合成、特性評価および生体適合性。Macromolecules 2002、35、6867-6874 。

[ 2 ] M Hashemi、BH Parhiz、A Hatefi、M Ramezani。遺伝子キャリアとしてのヒスチジン-リジン短鎖ペプチドを含む修飾ポリエチレンイミン。Cancer Gene Therapy (2011) 18, 12-19 。

[ 3 ] N Mohammadi、N Fayazi Hosseini、H Nemati、H Moradi-Sardareh、M Nabi-Afjadi、GA Kardar。特性と改変ポリエチレンイミンベースの癌遺伝子送達システムの再検討。第62巻、18〜39ページ、 （2024年）。

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