纽约大学研发新非病毒载体将DNA导入细胞效率提高5倍

纽约大学理工学院(NYU-Ploly)和纽约大学牙医学院(NYUCD)的研究人员将聚乙烯亚胺和HIV-1 Tat肽这两种载体进行组装，开发出一种肽聚合物混合物载体。它能够将DNA导入细胞的效率提高5倍。相关文章发表于近期的的《Biomaterials》杂志上。

聚乙烯亚胺(Polyethylenimine，PEI)是一种阳离子聚合物，已经被广泛地进行研究，显示出作为一种有效的基因传递工具的前景。同样地，HIV-1 Tat肽，是一种可透过细胞膜的肽，已经被成功应用于细胞内的基因传递。

为了提高这两种载体的良好性能，纽约大学理工学院(NYU-Ploly)和纽约大学牙医学院(NYUCD)的研究人员，在其实验室中，将这两种载体进行组装，开发出一种载体——新的复合物是一种肽聚合物混合物。与今天的商业传递方法——试剂载体相比，这种新载体，能够将DNA导入细胞的效率提高5倍。

这个发现，是由NYUCD的Seiichi Yamano博士和NYU-Poly的Jin Montclare博士进行的一项合作研究项目的结果。本研究结果，可帮助研究人员更好地了解基因的功能，最终改进基因疗法。

非病毒载体，例如本研究设计的这些载体，被用于转染——将外源遗传物质(在本研究中，DNA称为质粒)导入细胞的过程。载体，本质上是将遗传物质导入细胞的工具。但是转染并不是那么容易。细胞被建立以使其它物质不能进入细胞核。即使运输的质粒设法透过细胞膜，细胞内的细胞质，也为阻止其它物质进入细胞核提供了保护。

传统上，科学家们已经设计了进行转染的病毒，但是病毒是不确定的，因为细胞会将它们识别为外源和触发的免疫反应。病毒转染是极其昂贵的，为批量加工造成了众多困难。另一方面，非病毒载体不会触发免疫系统，很容易加工和修改成安全而更有效的传递方式。其缺点是，它们通常只在转染以及其它形式的基因表达中的短期内有效。

在这个项目中，Yamano和Montclare将一个修改版本的CPP HIV-1(mTat)，与PEI——对传递寡核苷酸尤其有效的非病毒载体——进行配对。他们将mTat和PEI进行组合，构建了一个非病毒载体，比单独的mTat或PEI更加有效。研究人员不仅在体外——生长在一个有盖培养皿中，也在体内——在一个活体生物体中大约7个月，检测了这个试剂载体。这个载体可以用于未来的靶向性基因治疗。

除了Montclare和Yamano之外，NYUCD假牙修复学系的Jisen Dai、Shigeru Hanatani、Ken Haku、Takuto Yamanaka、Mika Ishioka和Tadahiro Takayama博士，NYU-Poly化学和生物分子工程系的Carlo Yuvienco，NYU阿布扎比工程分部的Sachin Khapli，和NYUCD儿童口腔医学系的Amr Moursi，都参与了这个项目。

这项研究，由美国国家科学基金会(NSF)、NSF材料科学与工程研究中心(MRSEC)和美国陆军研究办公室资助支持。

原文摘要：

Long-term efficient gene delivery using polyethylenimine with modified Tat peptide

Seiichi Yamano,Jisen Dai, Shigeru Hanatani, Ken Haku, Takuto Yamanaka, Mika Ishioka,Tadahiro Takayama, Carlo Yuvienco, Sachin Khapli, Amr M. Moursi, Jin K. Montclare

Polyethylenimine (PEI), a cationic polymer, has been widely studied and shown great promise as an efficient gene delivery vehicle. Likewise, the HIV-1 Tat peptide, a cell-permeable peptide, has been successfully used for intracellular gene delivery. To improve the favorable properties of these two vectors, we combine PEI with the modified Tat peptide sequence bearing histidine and cysteine residues (mTat). In vitro mTat/PEI-mediated transfection was evaluated by luciferase expression plasmid in two cell types. mTat/PEI produced significant improvement (≈5-fold) in transfection efficiency of both cell lines with little cytotoxicity when compared to mTat alone, PEI alone, or four commercial reagents. The particle size of mTat/PEI/DNA complex was significantly smaller than mTat or PEI alone, and it was correlated with higher transfection efficiency. Filipin III, an inhibitor of caveolae-mediated endocytosis, significantly inhibited mTat/PEI transfection. In contrast, chlorpromazine, an inhibitor of clathrin-mediated endocytosis, did not. This suggested caveolae-mediated endocytosis as the transfection mechanism. Furthermore, the results ofin vivo studies showed that animals administered mTat/PEI/DNA intramuscularly had significantly higher and longer luciferase expression (≈7 months) than those with mTat/DNA, PEI/DNA, or DNA alone, without any associated toxicity. The combination of mTat with PEI could significantly improve transfection efficiency, expanding the potential use as a non-viral gene vector both in vitro and in vivo.

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