Neue Methode für die Zellentransfektion

Die Gentherapie entwickelt sich als eine alternative Therapie für eine Reihe von genetischen Erkrankungen sowie von Krebs. Das Verfahren beinhaltet die Einbringung des gesunden Gens in erkrankte Zellen oder anderen DNA-Zellen, um das Abtöten von Zellen zu unterstützen oder eine Immunantwort zu stimulieren. Die effiziente Einbringung der DNA in Zellen ist von größter Bedeutung für den Erfolg.

Kationische Lipide werden häufig verwendet, um die DNA über eine ladungsvermittelte Wechselwirkung in die Zellen zu bringen. Diese Komplexe können auch eine Oberflächenfunktionalisierung mit Polyethylenglykol (PEG) und Signalpeptide umfassen, um die gezielte Abgabe und Internalisierung zu erleichtern.

Ziel des EU-geförderten Projekts TRANSFECTDNA ("Surface functionalised" cationic liposome-DNA complexes containing peptide-lipids with poly(ethylene glycol) spacers: structure, transfection efficiency and interactions with the cytoskeleton) war es, ein eingehendes Verständnis von der Bildung kationischer Liposomen-DNA-Komplexe und von deren Interaktion mit Zellen zu erhalten. Ultimatives Ziel waren die Aufdeckung der Mechanismen und die Bestimmung der wichtigsten Parameter der Genübertragung und Genfreisetzung.

Zu diesem Zweck verwendeten die Forscher innovative Methoden zusammen mit Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS). Sie bauten ein Röntgengerät, das einen Mikrofluidik-Chip und einen mikrofluidischen Probenhalter für in-situ-SAXS und die gleichzeitige Abbildung des fließenden Materials trug. Um die Funktionalität des neuen Gerätes zu validieren, verwendeten die Forscher es für die Untersuchung von zwei Flüssigkristallmodellsystemen.

Die mikrofluidische Vorrichtung zusammen mit Röntgenstreuung ergaben eine geeignete Plattform für die in-situ-Untersuchung von Strukturübergängen und die Aufdeckung von Pfaden der Dynamik der Komplexbildung. Die Wissenschaftler konnten die Selbstorganisation von Neurofilament-Proteinen beurteilen, da diese neue Vorrichtung die natürliche Umgebung von neuroyalen Axonen realistischer wiedergibt.

Die anschließende Herstellung von Lipid-DNA-Nanopartikeln in dem mikrofluidischen Gerät wies darauf hin, dass die Solvens-Schifting-Technik für eine optimale Komplexbildung durchgeführt werden sollte. Die Analyse von PEG-Liposomen-DNA-Komplexen mithilfe von SAXS zeigte eine gut definierte Größe in Wasser, die sich nach der Inkubation in Serum verändert.

Insgesamt soll die neuartige mikrofluidische Vorrichtung die Herstellung von Lipid-DNA-Teilchen mit einer kontrollierter Anzahl der Schichten und zusätzlicher Funktionalisierung ermöglichen. Die direkte Beobachtung des Mechanismus der Komplexbildung sollte besonders für Wissenschaft und Pharmaunternehmen nützlich sein.