Гидродинамическая доставка

Гидродинамическая доставка (HD) — это метод внедрения ДНК в модели грызунов. Гены доставляются путем инъекции в кровоток животного и экспрессируются в печени. Этот протокол полезен для определения функции генов, регулирования экспрессии генов и разработки фармацевтических препаратов in vivo. ^{[ 1 ]}

Методы

Гидродинамическая доставка была разработана как способ вставки генов без вирусной инфекции ( трансфекции ). Процедура требует введения большого объема раствора ДНК в вены грызуна с помощью иглы под высоким давлением. ^{[ 2 ]} Объем ДНК обычно составляет 8-10%, что соответствует 8-10% массы тела животного, и ее вводят в течение 5-7 секунд. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Давление при введении приводит к застою сердца (повышению давления в сердце), позволяя раствору ДНК течь через кровоток и накапливаться в печени. ^{[ 2 ]} Давление расширяет поры клеточной мембраны, вытесняя молекулы ДНК в паренхиму или функциональные клетки органа. ^{[ 1 ]}^{[ 5 ]}^{[ 2 ]}^{[ 4 ]} В печени этими клетками являются гепатоциты . Менее чем через две минуты после инъекции давление возвращается к естественному уровню, а поры сужаются, удерживая ДНК внутри клетки. После инъекции большинство генов экспрессируются в печени животного в течение длительного периода времени. ^{[ 6 ]}^{[ 3 ]}

Первоначально разработанный для вставки ДНК, дальнейшие разработки в области БГ позволили вставлять в клетки РНК, белки и короткие олигонуклеотиды. ^{[ 6 ]}

Приложения

Развитие методов гидродинамической доставки открывает альтернативный способ изучения экспериментов in vivo. Этот метод показал свою эффективность на мелких млекопитающих без потенциальных рисков и осложнений, связанных с трансфекцией вируса. ^{[ 7 ]} Применение этих исследований включает в себя: тестирование регуляторных элементов, выработку антител, анализ методов генной терапии и разработку моделей заболеваний. ^{[ 8 ]} Обычно гены экспрессируются в печени, но процедуру можно изменить, чтобы экспрессировать гены в почках, легких, мышцах, сердце и поджелудочной железе. ^{[ 2 ]}

Генная терапия

Гидродинамическая доставка использовалась для вставки генов в целях борьбы с генетическими заболеваниями. Поскольку HD в основном ориентирован на мелких млекопитающих, таких как грызуны, его применение у людей ограничено. Продолжающиеся исследования расширяют возможности применения на крупных млекопитающих и будущих клинических исследованиях. Компьютерные методы с визуальным контролем позволяют хирургам вводить иглу или катетер в точное место, в то время как автоматическое инъекционное устройство контролирует и регулирует давление, необходимое для оптимальной передачи генов. ^{[ 9 ]} При более точных инъекциях объем раствора ДНК можно уменьшить примерно до 1% от массы тела организма. ^{[ 3 ]}

Используя катетер для проведения инъекции, хирурги могут экспрессировать гены не только в печени, но и в других органах. Размещение катетера в разных местах позволяет раствору ДНК достичь цели, хотя гены все еще экспрессируются в печени. ^{[ 3 ]}

Разработка модельных организмов

Гидродинамическая доставка ДНК — полезный инструмент для создания модельных систем заболеваний человека. Используя этот метод, лаборатории могут изучать генетические заболевания in vivo. Исследования позволяют вводить онкогены лабораторным животным для изучения методов лечения. ^{[ 4 ]}^{[ 10 ]} Было показано, что помимо переноса генов HD также работает в опухолевых клетках. ^{[ 3 ]} Метастатические раковые клетки могут быть успешно доставлены в модельные организмы для изучения конкретных видов рака. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

Альтернативные методы невирусной трансфекции

Альтернативные методы могут быть использованы для введения генов в организм без вирусного вектора. Их можно разделить на физические и химические методы. ^{[ 2 ]}^{[ 7 ]}

Физические методы:

Химические методы:

Катионные липиды
Катионные полимеры
Векторы на основе дендримеров
Векторы на основе полипептидов
Неорганические, полимерные и липидные наночастицы
ПАВ Gemini

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Суда, Такеши; Лю, Декси (01 января 2015 г.), «Гидродинамическая доставка», Хуан, Лиф; Лю, Декси; Вагнер, Эрнст (ред.), Невирусные векторы для генной терапии - физические методы и медицинский перевод , Достижения в генетике, том. 89, Academic Press, стр. 89–111, номер документа : 10.1016/bs.adgen.2014.10.002 , ISBN. 978-0-12-802272-6 , PMID 25620009 , получено 8 октября 2022 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Шарма, Дивья; Арора, Санджай; Сингх, Джагдиш; Лайек, Буддхадев (31 июля 2021 г.). «Обзор извилистого пути доставки невирусных генов и недавнего прогресса» . Международный журнал биологических макромолекул . 183 : 2055–2073. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2021.05.192 . ISSN 0141-8130 . ПМЦ 8266766 . ПМИД 34087309 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Камимура, Кения; Ёко, Такеши; Абэ, Хироюки; Кобаяши, Юджи; Огава, Кохей; Синагава, Йоко; Иноуэ, Рёске; Терай, Сюдзи (сентябрь 2015 г.). «Гидродинамическая доставка генов под визуальным контролем: текущий статус и будущие направления» . Фармацевтика . 7 (3): 213–223. doi : 10.3390/pharmaceutics7030213 . ISSN 1999-4923 . ПМЦ 4588196 . ПМИД 26308044 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д Чен, Синь; Кальвиси, Диего Ф. (01 апреля 2014 г.). «Гидродинамическая трансфекция для создания новых моделей мышей для исследования рака печени» . Американский журнал патологии . 184 (4): 912–923. дои : 10.1016/j.ajpath.2013.12.002 . ISSN 0002-9440 . ПМЦ 3969989 . ПМИД 24480331 .
^ Конн, Дэвид Брюс (1993). «Биология плоских червей (Platyhelminthes): клетки паренхимы и внеклеточные матрицы» . Труды Американского микроскопического общества . 112 (4): 241–261. дои : 10.2307/3226561 . ISSN 0003-0023 . JSTOR 3226561 .
^ Jump up to: ^а ^б Бонамасса, Барбара; Хай, Ли; Лю, Декси (01 апреля 2011 г.). «Гидродинамическая доставка генов и ее применение в фармацевтических исследованиях» . Фармацевтические исследования . 28 (4): 694–701. дои : 10.1007/s11095-010-0338-9 . ISSN 1573-904X . ПМК 3064722 . ПМИД 21191634 .
^ Jump up to: ^а ^б Нгуен, Эндрю Т.; Доу, Эдриен К.; Купец-Веглинский, Ежи; Бусуттил, Рональд В.; Липшуц, Джеральд С. (1 июля 2008 г.). «Оценка промоторов генов для экспрессии в печени методом гидродинамического переноса генов» . Журнал хирургических исследований . 148 (1): 60–66. дои : 10.1016/j.jss.2008.02.016 . ISSN 0022-4804 . ПМК 2761841 . ПМИД 18570932 .
^ Хервейер, Х.; Вольф, Дж. А. (январь 2007 г.). «Прогресс и перспективы генной терапии: гидродинамическая доставка генов» . Генная терапия . 14 (2): 99–107. дои : 10.1038/sj.gt.3302891 . ISSN 1476-5462 . ПМИД 17167496 . S2CID 8599229 .
^ Суда, Такеши; Суда, Киеко; Лю, Декси (1 июня 2008 г.). «Компьютерная гидродинамическая доставка генов» . Молекулярная терапия . 16 (6): 1098–1104. дои : 10.1038/mt.2008.66 . ISSN 1525-0016 . ПМИД 18398428 .
^ Сибата, Осаму; Камимура, Кения; Танака, Юто; Огава, Кохей; Оваки, Такаши; Ода, Тиюми; Морита, Шиничи; Кимура, Ацуши; Абэ, Хироюки; Икараши, Сатоши; Хаяси, Кадзунао; Ёко, Такеши; Тераи, Сюдзи (14 июня 2022 г.). «Создание животной модели рака поджелудочной железы с использованием гидродинамического метода доставки генов, нацеленного на поджелудочную железу» . Молекулярная терапия – нуклеиновые кислоты . 28 : 342–352. дои : 10.1016/j.omtn.2022.03.019 . ISSN 2162-2531 . ПМК 9018811 . ПМИД 35474735 .

[Suda-2015-1] Jump up to: ^а ^б Суда, Такеши; Лю, Декси (01 января 2015 г.), «Гидродинамическая доставка», Хуан, Лиф; Лю, Декси; Вагнер, Эрнст (ред.), Невирусные векторы для генной терапии - физические методы и медицинский перевод , Достижения в генетике, том. 89, Academic Press, стр. 89–111, номер документа : 10.1016/bs.adgen.2014.10.002 , ISBN. 978-0-12-802272-6 , PMID 25620009 , получено 8 октября 2022 г.

[Sharma-2021-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и Шарма, Дивья; Арора, Санджай; Сингх, Джагдиш; Лайек, Буддхадев (31 июля 2021 г.). «Обзор извилистого пути доставки невирусных генов и недавнего прогресса» . Международный журнал биологических макромолекул . 183 : 2055–2073. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2021.05.192 . ISSN 0141-8130 . ПМЦ 8266766 . ПМИД 34087309 .

[Kamimura-2015-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Камимура, Кения; Ёко, Такеши; Абэ, Хироюки; Кобаяши, Юджи; Огава, Кохей; Синагава, Йоко; Иноуэ, Рёске; Терай, Сюдзи (сентябрь 2015 г.). «Гидродинамическая доставка генов под визуальным контролем: текущий статус и будущие направления» . Фармацевтика . 7 (3): 213–223. doi : 10.3390/pharmaceutics7030213 . ISSN 1999-4923 . ПМЦ 4588196 . ПМИД 26308044 .

[Chen-2014-4] Jump up to: ^а ^б ^с ^д Чен, Синь; Кальвиси, Диего Ф. (01 апреля 2014 г.). «Гидродинамическая трансфекция для создания новых моделей мышей для исследования рака печени» . Американский журнал патологии . 184 (4): 912–923. дои : 10.1016/j.ajpath.2013.12.002 . ISSN 0002-9440 . ПМЦ 3969989 . ПМИД 24480331 .

[5] Конн, Дэвид Брюс (1993). «Биология плоских червей (Platyhelminthes): клетки паренхимы и внеклеточные матрицы» . Труды Американского микроскопического общества . 112 (4): 241–261. дои : 10.2307/3226561 . ISSN 0003-0023 . JSTOR 3226561 .

[Bonamassa-2011-6] Jump up to: ^а ^б Бонамасса, Барбара; Хай, Ли; Лю, Декси (01 апреля 2011 г.). «Гидродинамическая доставка генов и ее применение в фармацевтических исследованиях» . Фармацевтические исследования . 28 (4): 694–701. дои : 10.1007/s11095-010-0338-9 . ISSN 1573-904X . ПМК 3064722 . ПМИД 21191634 .

[Nguyen-2008-7] Jump up to: ^а ^б Нгуен, Эндрю Т.; Доу, Эдриен К.; Купец-Веглинский, Ежи; Бусуттил, Рональд В.; Липшуц, Джеральд С. (1 июля 2008 г.). «Оценка промоторов генов для экспрессии в печени методом гидродинамического переноса генов» . Журнал хирургических исследований . 148 (1): 60–66. дои : 10.1016/j.jss.2008.02.016 . ISSN 0022-4804 . ПМК 2761841 . ПМИД 18570932 .

[8] Хервейер, Х.; Вольф, Дж. А. (январь 2007 г.). «Прогресс и перспективы генной терапии: гидродинамическая доставка генов» . Генная терапия . 14 (2): 99–107. дои : 10.1038/sj.gt.3302891 . ISSN 1476-5462 . ПМИД 17167496 . S2CID 8599229 .

[9] Суда, Такеши; Суда, Киеко; Лю, Декси (1 июня 2008 г.). «Компьютерная гидродинамическая доставка генов» . Молекулярная терапия . 16 (6): 1098–1104. дои : 10.1038/mt.2008.66 . ISSN 1525-0016 . ПМИД 18398428 .

[10] Сибата, Осаму; Камимура, Кения; Танака, Юто; Огава, Кохей; Оваки, Такаши; Ода, Тиюми; Морита, Шиничи; Кимура, Ацуши; Абэ, Хироюки; Икараши, Сатоши; Хаяси, Кадзунао; Ёко, Такеши; Тераи, Сюдзи (14 июня 2022 г.). «Создание животной модели рака поджелудочной железы с использованием гидродинамического метода доставки генов, нацеленного на поджелудочную железу» . Молекулярная терапия – нуклеиновые кислоты . 28 : 342–352. дои : 10.1016/j.omtn.2022.03.019 . ISSN 2162-2531 . ПМК 9018811 . ПМИД 35474735 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]