PEIトランスフェクション試薬の背景
約50年前、セオドア・フリードマンとリチャード・ロブリンは、ヒトの遺伝性疾患を治療するために、「欠陥のある」DNAを「良質な」外来DNAで置き換えることを提案しました。これは遺伝子治療の最も初期のアイデアです。裸のDNAはヌクレアーゼによって容易に分解されるため、研究者たちは数十年をかけて安全で効率的な送達ベクターの開発に取り組んできました。ウイルスベクターは高いトランスフェクション効率を示しましたが、免疫反応が強く、輸送サイズが限られており、コストも高かったのです。その結果、カチオン性ポリマー、リポソーム、デンドリマー、ミセルなどの有機キャリアや、金属や量子ドットなどの無機キャリアを含む非ウイルスベクターが登場しました。これらのキャリアは合成が容易で、免疫原性が低く、核酸を効率的にパッケージ化できます。PEIはこの文脈で開発され、核酸トランスフェクションに広く応用されています。
図1. 核酸送達に用いられるポリマーベクター
PEI構造とトランスフェクションの関係
PEI（ポリエチレンイミン）は、合成方法によって直鎖状PEI（lPEI）と分岐状PEI（bPEI）の2種類があります。同じ分子量の場合、bPEIの方が核酸を効果的に圧縮しますが、lPEIの方が毒性が低く、in vivoでの効率が高くなります。遊離PEI鎖長もトランスフェクションに影響します。遊離鎖が長いほど効率は向上しますが、細胞毒性は増加します。トランスフェクション効率はPEIの分子量と正の相関関係にありますが、毒性は逆相関しています。
図2. 直鎖状および分岐状PEIの構造
PEIトランスフェクションのメカニズム
PEIはpDNA、miRNA、siRNAの送達における「ゴールドスタンダード」と考えられています。PEIは負に帯電した核酸をカチオン複合体に圧縮し、これが負に帯電した細胞表面プロテオグリカンに結合してエンドサイトーシスにより細胞内に侵入します。初期エンドソームに取り込まれた後、細胞質または核への脱出が必要です。この過程には2つのメカニズムが関与しています。
- 膜穿孔- PEI は陰イオン性エンドソーム脂質と相互作用して孔を形成します。
- 浸透圧による膨張/破裂 - PEI 内の非プロトン化アミンはプロトンスポンジとして機能し、プロトンの流入とエンドソームの膨張を引き起こし、破裂につながります。
図3. 核酸の生体内送達
RNAは細胞質へ放出されて生物学的作用を発揮し、DNAは核膜孔を通って核へ移行します。PEI複合体は血清タンパク質と非特異的に相互作用する可能性があるため、複合体は無血清条件下で調製することが推奨されます。
参考文献:
Cuiping Jiang、Jiatong Chen、Zhuoting Li、Zitong Wang、Wenli Zhang、Jianping Liu (2019): 安全で効率的な遺伝子送達のためのポリエチレンイミンベースの遺伝子ベクター開発における最近の進歩、薬物送達に関する専門家の意見、DOI: 10.1080/17425247.2019.1604681
Alexandra S. PiotrowskiDaspit、Amy C. Kauffman、Laura G. Bracaglia他「核酸送達のためのポリマービヒクル[J]」 Adv Drug Deliv Rev. 2020;156:119–132. doi:10.1016/j.addr.2020.06.014
関連製品
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製品名 |
仕様 |
カタログ番号 |
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1.5 mL/10 mL/100 mL |
40820E S04 /10/60 |
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100μL/1mL/10mL/100mL |
40823 ES01/03/10/60 |
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1g/5×1g |
40815 ES03/08 |