間葉系幹細胞の遺伝的修飾のための非遺伝毒性ベクターのバイオエンジニアリング

幹細胞のトランスフェクションに使用されるベクターは、正常な幹細胞を癌開始細胞に潜在的に変換できるため、高効率を持つことに加えて、非ジェノトキシックでなければなりません。この研究の目的は、陰性体性または遺伝的影響のない幹細胞の遺伝的修飾に使用できる効率的なベクターを生物工学することでした。2種類の多機能ベクトル、すなわち標的と非標的化されたベクトルは、遺伝的に操作され、大腸菌から精製されました。標的ベクトルは、過剰発現受容体を介して幹細胞に入るように設計されました。非標的ベクターには、MPGおよびPEP1細胞浸透ペプチドが装備されていました。一連の市販の合成非ウイルスベクターとアデノウイルスベクターがコントロールとして使用されました。すべてのベクターは、代謝活性、細胞膜の完全性、染色体異常（微小核形成）、遺伝子調節不全、および幹細胞の分化能力に対する効率と影響について評価されました。この研究の結果は、細胞侵入にVEGFR-1受容体を利用するバイオエンジニアリングベクターが、遺伝毒性、遺伝子機能へのマイナスの影響、または分化能力を誘導することなく、高効率の間葉系幹細胞をトランスフェクトする可能性があることを示しました。全体として、細胞侵入のポート（ウイルスおよび非ウイルス）のポートとして受容体を利用したベクターは、細胞膜との静電的相互作用を通じて入ったものと比較して、かなり優れたSOMATOおよびGENOSAFETYプロファイルを示しました。この研究の遺伝子組み換えベクターは、組織工学と癌療法における潜在的な応用で幹細胞を遺伝子組み換えするために安全かつ効率的に使用できることを実証しました。

Vectors used for stem cell transfection must be non-genotoxic, in addition to possessing high efficiency, because they could potentially transform normal stem cells into cancer-initiating cells. The objective of this research was to bioengineer an efficient vector that can be used for genetic modification of stem cells without any negative somatic or genetic impact. Two types of multifunctional vectors, namely targeted and non-targeted were genetically engineered and purified from E. coli. The targeted vectors were designed to enter stem cells via overexpressed receptors. The non-targeted vectors were equipped with MPG and Pep1 cell penetrating peptides. A series of commercial synthetic non-viral vectors and an adenoviral vector were used as controls. All vectors were evaluated for their efficiency and impact on metabolic activity, cell membrane integrity, chromosomal aberrations (micronuclei formation), gene dysregulation, and differentiation ability of stem cells. The results of this study showed that the bioengineered vector utilizing VEGFR-1 receptors for cellular entry could transfect mesenchymal stem cells with high efficiency without inducing genotoxicity, negative impact on gene function, or ability to differentiate. Overall, the vectors that utilized receptors as ports for cellular entry (viral and non-viral) showed considerably better somato- and genosafety profiles in comparison to those that entered through electrostatic interaction with cellular membrane. The genetically engineered vector in this study demonstrated that it can be safely and efficiently used to genetically modify stem cells with potential applications in tissue engineering and cancer therapy.