Revolutionär PEI-medierad genleverans för överlägsen transfektionseffektivitet

Lås upp den fulla potentialen för genleverans med Yeasen Biotechnologys innovativa PEI (Polyetylenimin) derivat. Detta avancerade genleveransverktyg övervinner begränsningarna hos traditionell PEI genom att reducera cytotoxicitet och boostar transfektionseffektivitet.

Viktiga fördelar:

• Hög stabilitet: Unikt vätebindning och hydrofoba modifieringar förbättra PEI/nukleinsyrakomplexets stabilitet, vilket säkerställer pålitlig transfektion.
• Minskad toxicitet: Minskad katjondensitet minimerar cellmembranskada, som erbjuder säkrare och mer effektiv leverans.
• Förbättrad transfektion: Högre cellviabilitet och effektiv AAV-produktion, perfekt för terapeutiska och forskningsapplikationer.
• Smartare design: Banbrytande AI molekylär dynamik och screening med hög genomströmning optimera prestanda.
• Stor kostnad reducerad

Yeasens avancerade PEI-formulering levererar överlägsen gentransfektion resultat, vilket säkerställer tillförlitlig och hög avkastning AAV-produktion, perfekt för både in vivo-applikationer och biomedicinsk forskning.

Uppgradera din genleveranssystem—maximera effektiviteten och biokompatibilitet i dag!

Linjär polyetylenimin (PEI) har länge varit känt som en mångsidig och effektiv genleveransvektor. Dess linjära struktur, med sin höga densitet av kväveatomer, ger den en inneboende förmåga att interagera med negativt laddade nukleinsyror som DNA och RNA. Denna höga täthet av katjoniska laddningar gör PEI till en effektiv protonsvamp, en term som myntats för att beskriva dess förmåga att absorbera protoner i sura miljöer, vilket är centralt för dess funktion som ett genleveransverktyg. I samband med nukleinsyraleverans underlättar PEI:s elektrostatiska interaktioner med den negativt laddade fosfatryggraden i nukleinsyror bildningen av stabila PEI/nukleinsyrakomplex, som skyddar nukleinsyrorna från nedbrytning av nukleaser i biologiska system. Dessa komplex spelar en avgörande roll för att säkerställa stabiliteten och funktionaliteten hos nukleinsyrorna under transfektionsprocessen.

När de väl bildats uppvisar dessa PEI/nukleinsyrakomplex förbättrad förmåga att interagera med cellmembran. Den elektrostatiska attraktionen mellan de positivt laddade PEI-komplexen och den negativt laddade cellytan underlättar deras vidhäftning, medan efterföljande endocytos möjliggör cellulär internalisering. Efter att ha kommit in i cellen utlöser det låga pH-värdet inuti endosomen protoneringen av PEI, vilket leder till ett inflöde av motjoner in i endosomen för att neutralisera laddningsobalansen. Som ett resultat dras vattenmolekyler in i endosomen, vilket orsakar en ökning av osmotiskt tryck. Detta stigande osmotiska tryck leder slutligen till att det endosomala membranet brister, ett fenomen som underlättar frisättningen av PEI/nukleinsyrakomplexet i cytoplasman. Denna process, kallad "protonsvampeffekten", är en kritisk mekanism genom vilken PEI-medierad transfektion uppnår hög effektivitet.

Trots de imponerande transfektionsförmågan hos linjär PEI kan den höga katjoniska laddningstätheten som gör den till en så effektiv genleveransvektor också leda till cytotoxicitet. Den positiva laddningen av PEI interagerar med negativt laddade komponenter i cellmembranet och intracellulära strukturer, vilket orsakar potentiell skada på cellen.Följaktligen ligger en av utmaningarna vid tillämpningen av PEI i gentillförselsystem i dess toxicitet, vilket avsevärt kan hindra dess terapeutiska potential. Som ett resultat är det viktigt att optimera PEI:s molekylvikt och koncentration för att minimera toxiciteten samtidigt som man säkerställer bibehållande av hög transfektionseffektivitet.

Figur 2. PEI-modifieringsmolekylscreening.

För att ta itu med toxicitetsfrågan och ytterligare förbättra PEI:s prestanda har forskare utforskat olika strategier för att modifiera och förbättra molekylen. Bland de mest lovande av dessa tillvägagångssätt är utvecklingen av PEI-derivat genom kemiska modifieringar, inklusive PEGylering [1], en process som involverar konjugering av polyetylenglykol (PEG)-kedjor till PEI-molekyler. PEGylering har visat sig förbättra biokompatibiliteten och stabiliteten hos PEI-baserade vektorer genom att minska deras immunogenicitet och förbättra deras löslighet i biologiska system. Dessutom har andra kemiska modifieringar [2, 3], såsom införandet av hydrofoba grupper eller optimering av polymerkedjelängd, undersökts för att förbättra leveranseffektiviteten och säkerhetsprofilen för PEI.

Yeasen Biotechnology inser behovet av fortsatt innovation och har utnyttjat avancerade teknologiplattformar, inklusive simuleringar av artificiell intelligens (AI) molekylär dynamik och molekylär dockningsteknik, för att designa en serie nya PEI-derivat. Dessa beräkningsmetoder möjliggör effektiv utforskning av potentiella modifieringar på molekylär nivå, vilket möjliggör identifiering av lovande PEI-derivat som har förbättrad biologisk aktivitet, stabilitet och säkerhet. Genom screening med hög genomströmning utvärderades dessa modifierade PEI-kandidater för sin transfektionspotential, och de som visade lovande aktivitet utsattes för omfattande strukturoptimering och cellexperiment in vitro. Denna rigorösa process ledde till identifieringen av blyföreningar med förbättrad prestanda.

Kulmen på denna forsknings- och utvecklingsinsats resulterade i skapandet av en ny PEI-variant, som innehar oberoende immateriella rättigheter och erbjuder betydande förbättringar jämfört med konventionella PEI-formuleringar. Detta innovativa PEI-derivat adresserar flera viktiga utmaningar förknippade med genleverans, inklusive cytotoxicitet, transfektionseffektivitet och biokompatibilitet.

1. Nyckelegenskaper hos det nyutvecklade PEI-derivatet inkluderar en noggrant reducerad katjondensitet, som avsevärt minskar cytotoxiciteten samtidigt som en effektiv nivå av nukleinsyrabindning och transfektionseffektivitet bibehålls. Denna modifiering förbättrar den övergripande säkerhetsprofilen för transfektionsreagenset, vilket gör det mer lämpligt för in vivo-applikationer där cytotoxicitet kan vara ett stort problem.
2. Dessutom introducerar den strukturella designen av denna nya PEI-variant vätebindning mellan transfektionskomplexet och nukleinsyran, vilket kompletterar de elektrostatiska interaktioner som vanligtvis är ansvariga för komplexbildning. Denna modifiering förbättrar stabiliteten hos PEI/nukleinsyrakomplexet, vilket säkerställer mer tillförlitliga transfektionsresultat.
3. Dessutom innehåller modifieringsgruppen för det nya PEI-derivatet hydrofoba egenskaper som förbättrar fusionen av transfektionskomplexet med cellmembranet. Denna strukturella justering främjar det effektiva upptaget av transfektionskomplexet av celler, och förbättrar därigenom den totala transfektionseffektiviteten.Dessa dubbla modifieringar – reducerad katjondensitet och införandet av vätebindning och hydrofoba egenskaper – kombineras för att skapa en mer stabil, biokompatibel och effektiv genleveransvektor.

Figur 4. Ultra PEI AAV visar de högsta utbytena av virala vektorer jämfört med ledande konkurrenter. AAV2, AAV5, AAV8 och AAV9 producerades i suspension 293F-celler, med en DNA-dos på 1 µg per miljon celler. Viruset skördades 72 timmar efter transfektion och den virala supernatanten analyserades.

Bild 5. Ultra PEI AAV visar effektiv viral vektorproduktion med låg PEI och plasmidinmatning. AAV9 producerades i suspension 293F-celler med olika inmatning av Ultra-PEI (vänster, plasmidinmatning: 0,5 μg) eller plasmider (höger, Ultra-PEI-ingång 0,6 μL) doser per miljon celler. Viruset skördades 72 timmar efter transfektion.

Prestandan för denna nya Ultra PEI-formulering har visat avsevärda förbättringar i transfektionseffektivitet och cellviabilitet jämfört med traditionella PEI-varianter. Den modifierade PEI är särskilt fördelaktig för tillämpningar såsom produktion av adenoassocierat virus (AAV), där det finns ett behov av förlängda transfektionskomplexexponeringstider och lägre plasmid-DNA-inmatningsnivåer. Genom att förbättra stabiliteten hos transfektionskomplexet och förbättra dess cellmembranfusionsförmåga, kan denna nya PEI-formulering uppfylla de krävande kraven för AAV-produktion, vilket resulterar i högre avkastning och effektivare genleverans.

Sammanfattningsvis, medan linjär PEI länge har varit ett värdefullt verktyg för genleverans, har dess potential begränsats av dess cytotoxicitet och suboptimala transfektionseffektivitet i vissa tillämpningar. Genom användning av avancerad molekylär design och modifieringsstrategier har Yeasen Biotechnology utvecklat ett nytt PEI-derivat med förbättrade prestandaegenskaper.

Denna nya formulering minskar inte bara toxiciteten och förbättrar biokompatibiliteten utan erbjuder också betydande förbättringar i transfektionseffektivitet, vilket gör den till en lovande kandidat för både forskning och terapeutiska tillämpningar. När genleveransteknologier fortsätter att utvecklas erbjuder denna nya PEI-variant ett spännande framsteg i strävan efter att utveckla säkrare, mer effektiva genleveranssystem för en mängd olika biomedicinska tillämpningar.

Citat

[1] Holger Petersen, Petra M. Fechner, Dagmar Fischer och Thomas Kissel. Syntes, karakterisering och biokompatibilitet av polyetylenimin-ymp-poly(etylenglykol) blocksampolymerer. Macromolecules 2002, 35, 6867-6874.

[2] M Hashemi, BH Parhiz, A Hatefi och M Ramezani. Modifierad polyetylenimin med histidin–lysinkorta peptider som genbärare.Cancer Gene Therapy (2011) 18, 12–19.

[3] N Mohammadi, N Fayazi Hosseini, H Nemati, H Moradi-Sardareh, M Nabi-Afjadi, GA Kardar. Återbesök av egenskaper och modifierade polyetyleniminbaserade cancergenleveranssystem.Volym 62, sidorna 18–39, (2024).

Förfrågan om prover