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Arginin-Chitosan Nanopartikel für siRNA Transport

Small interfering RNAs (siRNAs) können als in Gentherapien für z.B. Krebserkrankungen wie Leukämie genutzt werden. Allerdings ist die Anwendung dieser durch einen fehlenden, effizienten Wirkstofftransport limitiert. In der vorgestellten Studie wurde daher Chitosan mit Arginin zu Nanopartikeln funktionalisiert, mit siRNA beladen und deren Eigenschaften als siRNA-Vektor untersucht.

EINE NEUE FORM VON ARGININ-CHITOSAN ALS EFFIZIENTE NANOPARTIKEL FÜR DEN TRANSPORT VON SIRNA IN MAUS-LEUKÄMIEZELLEN

Luo, J.; Chen, J.; Liu, Y.; He, Y.; Dong, W. A Novel Form of Arginine-Chitosan as Nanoparticles Efficient for siRNA Delivery into Mouse Leukemia Cells. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 1040. https://doi.org/10.3390/ijms24021040

Bei small interfering RNAs (siRNA) handelt es sich um doppelsträngige RNA mit einer Länge von 21-25 bp, die in der Lage ist mRNA spezifischer Gene zu binden und diese damit zu inaktivieren. Das macht sie besonders interessant für Gentherapeutika. Allerdings ist die Anwendung von siRNA durch einen fehlenden, effizienten Transport zu den Zielzellen begrenzt insbesondere bei sogenannten festen Tumorzellen wie bei Leukämiezellen. Der Transport von siRNA kann durch virale und nicht-virale Vektoren stattfinden. Virale Vektoren zeigen eine gute Transporteffizienz, allerdings sind sie durch die Gefahr von Mutationen medizinisch zu unsicher. Eine Alternative dazu sind nicht-virale Vektoren, z.B. Liposomen, Polymere oder Polypeptide. Deren Transporteffizienzen sind durch das Aufkommen von Nanopartikeln signifikant verbessert wurden.

Insbesondere Chitosan ist als nicht-viraler Vektor interessant. Durch seine kationischen Eigenschaften ist es in der Lage negativ geladene Oligonukleotide zu binden. Zudem zeigt es eine gute Biokomptabilität, Bioabbaubarkeit und geringe Toxizität. In vorherigen Studien konnte außerdem beobachtet werden das Chitosane im Wirkstofftransport die Stabilität der Wirkstoffe verbessert hatte. Aus diesem Grund wurde in der präsentierten Studie Chitosan (480-776 Da) mit Arginin zu Nanopartikeln (NPs) modifiziert und auf deren Fähigkeit untersucht siRNA zu Maus-L1210-Leukämiezellen zu transportieren. Dafür wurde Chitosan und Arginin physikalisch gemischt, anschließend gefriergetrocknet und die erhaltenden NPs charakterisiert. Um das ideale siRNA-NP-Ratio zu erhalten wurden verschiedene Verhältnisse von siRNA und Arginin-Chitosan NPs (Arg-CS NPs) untersucht.

ERGEBNISSE

  • Arginin wurde erfolgreich kovalent an Chitosan gebunden über EDC/NHS Verfahren, Nachweis über FTIR
  • Arg-CS wurde mittels AFM und TEM als NP identifiziert, sie wiesen eine Größe von 75,76±12,07 nm auf
  • Anhand der Änderung des Zeta-Potentials von 0,57±0,14 mV zu 16,63±1,83 mV konnte nachgewiesen werden, dass Arg-CS NPs in der Lage sind siRNA in vitro über elektrostatische Wechselwirkung einzukapseln
  • Größe Arg-CS NPs siRNA-Komplexe verteilt zwischen 124,83 ± 11.5 nm und 1261,90±438,88 nm
  • gute Biokompatibilität der Arg-CS NPs siRNA-Komplexe im Verhältnis zwischen 20:1 und 50:1 gegenüber L1210-Leukämiezellen
  • erfolgreiche Transfektion von L1210-Zellen durch Knockout der Rhoa-Gene in L1210-Zellen→Transport von siRNA über Arg-CS NPs möglich

Schlussfolgerungen: In der präsentierten Studie wurden erfolgreich Arginin und Chitosan zu Arg-CS-Nanopartikeln synthetisiert. Es wurde gezeigt, dass diese in der Lage sind siRNA erfolgreich einzukapseln und Rhoa siRNA sicher in L1210-Leukämie Zellen zu transportieren.

Link zum Artikel: https://www.mdpi.com/1422-0067/24/2/1040

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