Publikationen im Januar 2015

Zu Beginn des Jahres 2015 wurde eine unglaublich große Anzahl von neuen Publikationen über Chitosan veröffentlicht, was auf ein neues Rekordjahr schließen lässt. Insgesamt wurden 196 Artikel über Chitosan und seine Derivate von Wissenschaftlern aus aller Welt, insbesondere aus China (46 Artikel), Indien (29) und USA (15),  veröffentlicht. Die Hauptthemen umfassten Chitosan in Evaluierungsstudien, Nanopartikeln und pharmazeutischen Präparaten.

Tabelle: Führende Fachzeitschriften, welche die höchsten Anzahl von Chitosan-bezogene Artikeln im März 2015 veröffentlichten. Quelle: GoPubMed

Vor über zehn Jahren tauchte Chitosan erstmals als eine Alternative für nicht virale Gentransfersysteme auf. Inzwischen haben zahlreiche Studien die verschiedensten Chitosan Rezepturen hinsichtlich ihrer Transfektionseffizienz, Vesikelstabilität und Zytotoxizität untersucht. Zwei neue wissenschaftliche Ansätze werden hier näher beschrieben. Sie bieten neue Lösungsansätze für die zentralen Probleme der Gentransfektion, indem sie die Transfektionseffizienz von Primärzellen und die Übertragungsrate von großen Gensequenzen verbessern.  

Spontaneous gene transfection of human bone cells using 3D mineralized alginate-chitosan macrocapsules.

Green D.W., Kim E.J., Jung H.S.; Journal of biomedical materials research. Part A. doi:10.1002/jbm.a. 35414.; Januar 2015

Die Transfektion von humanen Zelllinien mit nicht-viralen Gen-Transfektionsstrategien ist, verglichen mit virus-basierten Methoden, häufig durch ihre geringe Transfektionseffizienz und hohe Toxizität  begrenzt. Die Autoren dieser Studie untersuchten, ob die Transfektionseffizienz von Zelllinien und Primärzellen durch ein 3D Chitosangerüst verbessert werden kann. Das 3D-Kapsel basierte Transfektionssystem wurde aus Alginat Kügelchen gefertigt, die von einer äußeren Hülle aus Chitosan und Kalzium-Phosphat umgeben wurden. Kalzium-Phosphat diente als Transfektionsreagenz. Alginat und Chitosan betteten die Plasmid-DNA und die Zellen für die Transfektion ein. Die Kapseln wurden mit verschiedenen Plasmiden beladen, welche die Gensequenzen für  lacZ, gfp oder Sox-9 trugen. Humane Osteosarkom-Zelllinien Saos-2, MG63 und die primären humanen Knochenmarkstromazellen (hBMSCs) wurden als Zellmodel für die Transfektion ausgewählt.

Ergebnisse für mineralisierte Alginat-Chitosan Makrokapseln:

• Niedrige Zytotoxizität verglichen mit Lipofektion oder Nukleofektion
• Hohe Transfektionseffizienz: ≤ 65%
  • in humanen Zelllinien: Saos-2, MG63
  • in primären humanen Knochenmarkstromazellen (hBMSCs)
• Hohe Selbst-Transfektionseffizienz von hBMSCs: ≤ 90%
  • Sox-9 Expression über 7 Tage
• Höchste Transfektionseffizienz für zweischichtige Kapseln Plasmid-haltige Gastkapsel in zellbeladener Wirtskapsel integriert

Schlussfolgerung: Makrokapseln aus mineralisierten Polysacchariden verfügen über exzellente Vehikel Eigenschaften für den Gentransfer, während chitosanfreie oder unmineralisierte Kapseln für die Transfektion ungeeignet sind. Das 3D-Gerüst verbessert deutlich die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit von Gen-Transfektionen, im Besondern von Primärzellen, welche oft schwierig zu transfizieren sind.

Quelle: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25645372?dopt=Abstract

Enhancement of chitosan-mediated gene delivery through combination with phiC31 integrase.

Oliveira A.V., Silva G.A., Chung D.C.;
Acta Biomaterialia. pii: S1742-7061(15)00014-8. doi: 10.1016/j.actbio.2015.01.013. [Epub ahead of print], January 2015

Die Autoren der folgenden Studie entwickelten ein nicht-virales Gentransfersystem, welches auf Chitosan-Polyplexen und der phiC31-Integrase basiert.
Die Chitosan basierten Polyplexe wurden zu gleichen Teilen aus einer Chitosan Lösung (1 mg/ml, pH 5,5) und einer Natriumsulfat Lösung (25 mM) hergestellt. Die Chitosan Polyplexe (80 oder 260 kDa) wurden dann mit Plasmid-DNA (pDNA), welche die Referenzgene  gfp und cep290 trugen, beladen. Beide Plasmide waren mit Anheftungsstellen für die phi31-Integrase ausgestattet, einem Protein, dass durch ein drittes Plasmid kodiert wurde. Für die Beladung der Polyplexe mit pDNA wurden 250 µg Chitosan mit 26.5 µg DNA vermischt. Die Transfektion wurden an HEK293 Zellen durchgeführt.

Ergebnisse:

• Stabile und ortsgenaue Genintegration
• Transfer von großen Gensequenzen (> 8kb) möglich, übertrifft die Kapazität von adeno-assoziierten Virusvektoren
• Nachhaltige Genexpression
  • GFP (1 kb) Expression über 16 Wochen
  • CEP290 (8 kb) Expression über 6 Wochen
• Größere Transfektionseffizienz für Polyplexe mit niedrigem MW (80 kDa)
• Alle Chitosan Polyplex-Rezepturen besaßen eine ähnliche: DNA-Komplexierungseffizienz, kuglige Morphologie und Polydispersität
• Transfektionseffizienz und Transgeneexpression variieren mit dem Polymertyp und der Polyplexgröße

Schlussfolgerung: Eine Gentransfersystem, bestehend aus Chitosan Polyplexen und einer phiC31-Integrase, verbessert deutlich die Transfektionseffizienz von großen Genen (> 8 kb), ermöglichen eine ortsgenaue Integration und ist stabil für mindestens 6 Wochen. Des Weitern zeigt es keine Zytotoxizität, wodurch es virus-basierten Transfektionsstrategien überlegen ist.

Quelle: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25600399