血清含有培地における設計された低凝集磁気ポリエチレンイミン/DNA複合体の効率的なトランスフェクション活性とin vivoでの応用に関する洞察

設計された低凝集磁気ポリエチレンイミン/DNA（MPD-CC）複合体は、in vitroおよびin vivoでのPEIを介した遺伝子トランスフェクションの血清含有培地で効率的なトランスフェクションを示しましたが、メカニズムは不明のままです。本研究は、磁気遺伝子複合体の細胞外および細胞内の運命に関する洞察を提供し、蛍光イメージング技術の支援を受けた全身投与後のトランスフェクション効率と体分布を評価します。私たちの研究のPei cationic複合体は、タンパク質コロナ形成により血清含有培地で負に帯電するようになり、複合体は透過電子顕微鏡観察と動的光散乱解析から無視できる凝集を示しました。しかし、SDS-ポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）は、長期（4時間）のインキュベーション後の従来のポリエチレンイミン/DNA（PD）錯体に関連するものと比較して、10分間の磁気方向に磁気遺伝子複合体に吸着されることが少ないことを示しました。フローサイトメトリーによる細胞の取り込みと内在化評価の観点から、設計されたMPD-CC複合体との磁気方位は、従来のトランスフェクション（PD複合体）と比較して、血清の存在下で明らかな優位性を示しました。さらに、共焦点レーザースキャン顕微鏡検査により、内在化後、磁場に磁化されたMPD-CCがより少ないMPD-CCが磁場のないPDおよびMPD-CCと比較して核に閉じ込められていることが明らかになりました。これらの事実をまとめると、設計されたMPD-CC複合体による磁気方向は、タンパク質の吸着、効率的な細胞堆積と内在化、エンドソームの脱出と核輸入など、トランスフェクションの多くのプロセスを促進すると結論付けています。近赤外イメージング研究では、磁気捕獲による腫瘍内の複合体の蓄積がin vivoで強化されたことが観察されました。これらはすべて、in vitroおよびin vivoで改善され、静脈内送達を介して磁気方位の5倍の強化に貢献しました。

A designed low aggregated magnetic polyethyleneimine/DNA (MPD-cc) complex showed efficient transfection in serum-containing medium for PEI-mediated gene transfection in vitro and in vivo, but the mechanism remains unclear. The present study provides an insight into the extracellular and intracellular fates of the magnetic gene complexes, evaluates their transfection efficiency and body distribution after systemic administration assisted by fluorescent imaging technology. The PEI cationic complexes in our study switched to be negatively charged in the serum-containing medium due to protein corona formation, and the complexes displayed negligible aggregation from transmission electron microscopy observation and dynamic light scattering analysis. However, the SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) showed that less protein was adsorbed on the magnetic gene complexes during a 10 min magnetofection compared with that associated with traditional polyethyleneimine/DNA (PD) complexes after a long-term (4 h) incubation. In terms of cellular uptake and internalization evaluation by flow cytometry, magnetofection with our designed MPD-cc complexes showed obvious superiority in the presence of serum, compared to traditional transfection (PD complexes). Moreover, confocal laser scanning microscopy revealed that after internalization, fewer MPD-cc with magnetofection were trapped in the endosome and more found in the nucleus compared to the PD and MPD-cc without the magnetic field. Putting these facts together, we conclude that magnetofection by the designed MPD-cc complexes facilitates many processes of transfection, including less protein adsorption, efficient cellular sedimentation and internalization, as well as endosomal escape and nuclear import. In the near infrared imaging study, it was observed that the accumulation of complexes in tumors by magnetic capture was enhanced in vivo. All of these improved in vitro and in vivo functions contributed to a 5-fold enhancement in magnetofection via intravenous delivery.