Revolutionaire PEI-gemedieerde genafgifte voor superieure transfectie-efficiëntie

Ontgrendel het volledige potentieel van genafgifte met Yeasen Innovatieve PEI van Biotechnologie (Polyethyleenimine) derivaat. Deze geavanceerde gen-afgiftetool overwint de beperkingen van traditionele PEI door cytotoxiciteit en stimuleren Transfectie-efficiëntie.

Belangrijkste voordelen:

• Hoge stabiliteit: Uniek waterstofbinding En hydrofobe modificaties Verbeter de stabiliteit van het PEI/nucleïnezuurcomplex, waardoor betrouwbare transfectie.
• Verminderde toxiciteit: Verlaagde kationische dichtheid minimaliseert schade aan celmembraan, wat een veiligere en effectievere levering mogelijk maakt.
• Verbeterde transfectie: Hoger levensvatbaarheid van cellen en efficiënt AAV-productie, perfect voor therapeutische en onderzoeksdoeleinden.
• Slimmer ontwerp:Toonaangevend AI moleculaire dynamiek En screening met hoge doorvoer prestaties optimaliseren.
• Grote kostenbesparing

YeasenDe geavanceerde PEI-formule van levert superieure gentransfectie resultaten, wat zorgt voor betrouwbare en hoge opbrengsten AAV-productie, perfect voor zowel in vivo-toepassingen als biomedisch onderzoek.

Upgrade uw gen-afgiftesystemen—maximaliseer de efficiëntie en biocompatibiliteit Vandaag!

Lineair polyethyleenimine (PEI) wordt al lang erkend als een veelzijdige en effectieve gen-afgiftevector. De lineaire structuur, met de hoge dichtheid van stikstofatomen, geeft het een inherent vermogen om te interacteren met negatief geladen nucleïnezuren zoals DNA en RNA. Deze hoge dichtheid van kationische ladingen maakt PEI een efficiënte protonenspons, een term die is bedacht om het vermogen te beschrijven om protonen te absorberen in zure omgevingen, wat centraal staat in de functie als gen-afgiftetool. In de context van nucleïnezuurafgifte vergemakkelijken de elektrostatische interacties van PEI met de negatief geladen fosfaatruggengraat van nucleïnezuren de vorming van stabiele PEI/nucleïnezuurcomplexen, die de nucleïnezuren beschermen tegen afbraak door nucleasen in biologische systemen. Deze complexen spelen een cruciale rol bij het waarborgen van de stabiliteit en functionaliteit van de nucleïnezuren tijdens het transfectieproces.

Eenmaal gevormd, vertonen deze PEI/nucleïnezuurcomplexen een verbeterd vermogen om te interacteren met celmembranen. De elektrostatische aantrekkingskracht tussen de positief geladen PEI-complexen en het negatief geladen celoppervlak vergemakkelijkt hun hechting, terwijl daaropvolgende endocytose cellulaire internalisatie mogelijk maakt. Na binnenkomst in de cel, triggert de lage pH in het endosoom de protonering van PEI, wat leidt tot een instroom van tegenionen in het endosoom om de ladingsbalans te neutraliseren. Als gevolg hiervan worden watermoleculen in het endosoom getrokken, wat leidt tot een toename van de osmotische druk. Deze stijgende osmotische druk leidt uiteindelijk tot de breuk van het endosomale membraan, een fenomeen dat de afgifte van het PEI/nucleïnezuurcomplex in het cytoplasma vergemakkelijkt. Dit proces, aangeduid als het "protonsponseffect", is een cruciaal mechanisme waarmee PEI-gemedieerde transfectie een hoge efficiëntie bereikt.

Ondanks de indrukwekkende transfectiemogelijkheden van lineaire PEI, kan de hoge kationische ladingsdichtheid die het zo'n effectieve genleveringsvector maakt, ook leiden tot cytotoxiciteit. De positieve lading van PEI interageert met negatief geladen componenten in het celmembraan en intracellulaire structuren, wat potentiële schade aan de cel veroorzaakt.Bijgevolg ligt een van de uitdagingen bij de toepassing van PEI in gen-afgiftesystemen in de toxiciteit ervan, wat het therapeutische potentieel ervan aanzienlijk kan belemmeren. Als gevolg hiervan is het optimaliseren van het moleculaire gewicht en de concentratie van PEI essentieel om de toxiciteit te minimaliseren en tegelijkertijd de hoge transfectie-efficiëntie te behouden.

Figuur 2. Screening van PEI-modificatiemoleculen.

Om het toxiciteitsprobleem aan te pakken en de prestaties van PEI verder te verbeteren, hebben onderzoekers verschillende strategieën onderzocht om het molecuul te modificeren en te verbeteren. Een van de meest veelbelovende van deze benaderingen is de ontwikkeling van PEI-derivaten door middel van chemische modificaties, waaronder PEGylation [1], een proces dat de conjugatie van polyethyleenglycol (PEG)-ketens aan PEI-moleculen omvat. PEGylation is aangetoond de biocompatibiliteit en stabiliteit van op PEI gebaseerde vectoren te verbeteren door hun immunogeniciteit te verminderen en hun oplosbaarheid in biologische systemen te vergroten. Daarnaast zijn andere chemische modificaties [2, 3], zoals de introductie van hydrofobe groepen of de optimalisatie van de polymeerketenlengte, onderzocht om de afgifte-efficiëntie en het veiligheidsprofiel van PEI te verbeteren.

Erkennend dat voortdurende innovatie noodzakelijk is, Yeasen Biotechnologie heeft geavanceerde technologieplatforms benut, waaronder kunstmatige intelligentie (AI), moleculaire dynamische simulaties en moleculaire dockingtechnieken, om een ​​reeks nieuwe PEI-derivaten te ontwerpen. Deze computationele methoden maken het mogelijk om potentiële modificaties op moleculair niveau efficiënt te verkennen, waardoor veelbelovende PEI-derivaten kunnen worden geïdentificeerd die verbeterde biologische activiteit, stabiliteit en veiligheid bezitten. Door middel van high-throughput screening werden deze gemodificeerde PEI-kandidaten beoordeeld op hun transfectiepotentieel, en degenen die veelbelovende activiteit vertoonden, werden onderworpen aan uitgebreide structurele optimalisatie en in vitro celexperimenten. Dit rigoureuze proces leidde tot de identificatie van leidende verbindingen met verbeterde prestaties.

Het hoogtepunt van deze onderzoeks- en ontwikkelingsinspanning resulteerde in de creatie van een nieuwe PEI-variant, die onafhankelijke intellectuele eigendomsrechten bezit en aanzienlijke verbeteringen biedt ten opzichte van conventionele PEI-formuleringen. Dit innovatieve PEI-derivaat pakt verschillende belangrijke uitdagingen aan die verband houden met genafgifte, waaronder cytotoxiciteit, transfectie-efficiëntie en biocompatibiliteit.

1. Belangrijke kenmerken van het nieuw ontwikkelde PEI-derivaat zijn onder meer een zorgvuldig gereduceerde kationische dichtheid, die de cytotoxiciteit aanzienlijk vermindert terwijl een effectief niveau van nucleïnezuurbinding en transfectie-efficiëntie behouden blijft. Deze modificatie verbetert het algehele veiligheidsprofiel van het transfectiereagens, waardoor het geschikter is voor in vivo-toepassingen waarbij cytotoxiciteit een groot probleem kan zijn.
2. Bovendien introduceert het structurele ontwerp van deze nieuwe PEI-variant waterstofbinding tussen het transfectiecomplex en het nucleïnezuur, wat de elektrostatische interacties aanvult die doorgaans verantwoordelijk zijn voor complexvorming. Deze aanpassing verbetert de stabiliteit van het PEI/nucleïnezuurcomplex, wat zorgt voor betrouwbaardere transfectie-uitkomsten.
3. Bovendien bevat de modificatiegroep van het nieuwe PEI-derivaat hydrofobe eigenschappen die de fusie van het transfectiecomplex met het celmembraan verbeteren. Deze structurele aanpassing bevordert de efficiënte opname van het transfectiecomplex door cellen, waardoor de algehele transfectie-efficiëntie wordt verbeterd.Deze dubbele modificaties – verminderde kationische dichtheid en de introductie van waterstofbindingen en hydrofobe eigenschappen – zorgen samen voor een stabielere, biocompatibele en efficiëntere genafgiftevector.

Figuur 4. De Ultra PEI AAV laat de hoogste virale vectoropbrengsten zien vergeleken met toonaangevende concurrenten. AAV2, AAV5, AAV8 en AAV9 werden geproduceerd in suspensie 293F-cellen, met een DNA-dosering van 1 µg per miljoen cellen. Het virus werd 72 uur na transfectie geoogst en de virale supernatant werd geanalyseerd.

Figuur 5. De Ultra PEI AAV laat een efficiënte virale vectorproductie zien met een lage PEI- en plasmide-input. AAV9 werd geproduceerd in suspensie 293F-cellen met verschillende input van Ultra-PEI (links, Plasmiden input: 0,5 μg) of Plasmiden (rechts, Ultra-PEI input 0,6 μL) doseringen per miljoen cellen. Het virus werd 72 uur na transfectie geoogst.

De prestaties van deze Novel Ultra PEI-formulering hebben aanzienlijke verbeteringen laten zien in transfectie-efficiëntie en cellevensvatbaarheid vergeleken met traditionele PEI-varianten. De gemodificeerde PEI is met name voordelig voor toepassingen zoals adeno-associated virus (AAV)-productie, waarbij er behoefte is aan langere blootstellingstijden aan transfectiecomplexen en lagere plasmide-DNA-invoerniveaus. Door de stabiliteit van het transfectiecomplex te verbeteren en de celmembraanfusiemogelijkheden te verbeteren, kan deze nieuwe PEI-formulering voldoen aan de veeleisende vereisten van AAV-productie, wat resulteert in hogere opbrengsten en efficiëntere genafgifte.

Concluderend, hoewel lineaire PEI al lang een waardevol hulpmiddel is voor genlevering, is het potentieel ervan beperkt door de cytotoxiciteit en suboptimale transfectie-efficiëntie in bepaalde toepassingen. Door het gebruik van geavanceerde strategieën voor moleculair ontwerp en modificatie, Yeasen Biotechnologie heeft een nieuw PEI-derivaat ontwikkeld met verbeterde prestatiekenmerken.

Deze nieuwe formulering vermindert niet alleen de toxiciteit en verbetert de biocompatibiliteit, maar biedt ook aanzienlijke verbeteringen in transfectie-efficiëntie, waardoor het een veelbelovende kandidaat is voor zowel onderzoeks- als therapeutische toepassingen. Naarmate gen-afgiftetechnologieën zich blijven ontwikkelen, biedt deze nieuwe PEI-variant een opwindende vooruitgang in de zoektocht naar de ontwikkeling van veiligere, effectievere gen-afgiftesystemen voor een verscheidenheid aan biomedische toepassingen.

Citaat

[1] Holger Petersen, Petra M. Fechner, Dagmar Fischer en Thomas Kissel. Synthese, karakterisering en biocompatibiliteit van polyethyleenimine-ent-poly(ethyleenglycol) blokcopolymeren. Macromoleculen 2002, 35, 6867-6874.

[2] M Hashemi, BH Parhiz, A Hatefi en M Ramezani. Gemodificeerd polyethyleenimine met histidine–Lysine korte peptiden als gendrager. Kankergentherapie (2011) 18, 12–19.

[3] N Mohammadi, N Fayazi Hosseini, H Nemati, H Moradi-Sardareh, M Nabi-Afjadi, GA Kardar. Herziening van eigenschappen en gemodificeerde polyethyleenimine-gebaseerde kankergen-afgiftesystemen.Volume 62, pagina's 18–39, (2024).

Aanvraag voor monsters