Makrofagi to rodzaj wrodzonych komórek odpornościowych rozmieszczonych we wszystkich tkankach ciała, choć w różnych ilościach. Wytwarzając różnorodne cytokiny i inne mediatory, odgrywają kluczową rolę w obronie gospodarza przed atakującymi patogenami mikrobiologicznymi, w naprawie tkanek po urazie oraz w utrzymaniu homeostazy tkanek1. Ze względu na swoje znaczenie, makrofagi są nieustannie przedmiotem intensywnych badań. Jednak pomimo jego rozpowszechnienia w badaniach nad regulacją genów i funkcjami, wyciszanie genów za pośrednictwem siRNA ma mniejsze szanse powodzenia w makrofagach, ponieważ komórki te - szczególnie makrofagi pierwotne - są często trudne do transfekcji. Można to przypisać stosunkowo wysokiemu stopniowi toksyczności związanemu z większością dobrze ugruntowanych metod transfekcji, w których błona komórkowa jest chemicznie (np. za pomocą polimerów i lipidów) lub fizycznie (np. przez elektroporację i pistolety genowe) przerywana, aby umożliwić cząsteczkom siRNA przejście przez błonę, co drastycznie zmniejsza żywotność makrofagów2,3. Ponadto makrofagi są dedykowanymi fagocytami bogatymi w enzymy degradacyjne. Enzymy te mogą uszkadzać integralność siRNA, osłabiając jego skuteczność wyciszania, nawet jeśli specyficzne dla genu siRNA zostało dostarczone do komórki3,4. Dlatego skuteczny system dostarczania siRNA ukierunkowany na makrofagi musi chronić integralność i stabilność siRNA podczas dostarczania4.
Coraz bardziej oczywiste jest, że dysfunkcyjne makrofagi są zaangażowane w inicjację i postęp pewnych powszechnych zaburzeń klinicznych, takich jak choroby autoimmunologiczne, miażdżyca i rak. Z tego powodu modulacja funkcji makrofagów, na przykład za pomocą siRNA, staje się atrakcyjną metodologią leczenia tych zaburzeń5,6,7. Chociaż poczyniono znaczne postępy, głównym wyzwaniem strategii leczenia opartej na siRNA jest słaba swoistość komórkowa siRNA podawanego ogólnoustrojowo i niewystarczający wychwyt siRNA przez makrofagi, co w konsekwencji prowadzi do niepożądanych skutków ubocznych. W porównaniu z terapiami opartymi na wolnych kwasach nukleinowych, które zwykle nie mają optymalnej selektywności komórek i często prowadzą do działań niepożądanych poza celem, nanocząstki (NP), ze względu na ich spontaniczną skłonność do wychwytywania przez układ siateczkowo-śródbłonkowy, mogą być modyfikowane do pasywnego kierowania na makrofagi in vivo, co pozwala na poprawę skuteczności terapeutycznej przy minimalnych skutkach ubocznych8. Obecnie nanocząsteczki badane pod kątem dostarczania cząsteczek RNA obejmują nieorganiczne nanonośniki, różne liposomy i polimery9. Wśród nich polietylenoimina (PEI), rodzaj kationowych polimerów zdolnych do wiązania i kondensacji kwasów nukleinowych w stabilizowane nanocząsteczki, wykazuje najwyższą zdolność dostarczania RNA9,10. PEI chroni kwasy nukleinowe przed degradacją enzymatyczną i nieenzymatyczną, pośredniczy w ich przenoszeniu przez błonę komórkową i wspomaga ich uwalnianie wewnątrzkomórkowe. Chociaż początkowo wprowadzono go jako odczynnik do dostarczania DNA, następnie wykazano, że PEI jest atrakcyjną platformą do dostarczania siRNA in vivo, zarówno lokalnie, jak i ogólnoustrojowo9,10.
Superparamagnetyczne nanocząstki tlenku żelaza (SPION) okazały się bardzo obiecujące w biomedycynie, dzięki swoim właściwościom magnetycznym, biokompatybilności, porównywalnym rozmiarom do biologicznie ważnych obiektów, wysokiemu stosunkowi powierzchni do objętości i łatwej do adaptacji powierzchni do mocowania bioagentu11. Na przykład, ze względu na ich potencjalną użyteczność jako środka kontrastowego i szybkie wchłanianie przez makrofagi, SPION-y stały się ulubionym narzędziem klinicznym do obrazowania makrofagów tkankowych12. Chociaż SPION-y były również szeroko badane jako nośniki dostarczania kwasów nukleinowych11,13,14,15, o ile nam wiadomo, literatura zawiera niewiele doniesień o SPIONach jako nośniku do dostarczania siRNA ukierunkowanego na makrofagi. W przypadku dostarczania genów przez SPION, ich powierzchnia jest zwykle pokryta warstwą hydrofilowych polimerów kationowych, na których ujemnie naładowane kwasy nukleinowe mogą być elektrostatycznie przyciągane i wiązane. W niniejszej pracy przedstawiono metodę syntezy SPION-ów, których powierzchnia jest modyfikowana za pomocą niskocząsteczkowych (10 kDa), rozgałęzionych PEI (PEI-SPIONs). Te magnetyczne nanoplatformy są następnie wykorzystywane do kondensacji siRNA, tworząc kompleksy PEI-SPION/siRNA, które umożliwiają transport siRNA do komórki. Uważamy, że spontaniczna fagocytoza SPION-ów przez komórki układu siateczkowo-śródbłonkowego16, w połączeniu z silną zdolnością wiązania i kondensacji kwasów nukleinowych przez PEI, sprawia, że PEI-SPIONs są odpowiednie do efektywnego transportu siRNA do makrofagów. Przedstawione tutaj dane potwierdzają wykonalność wyciszania genów za pośrednictwem PEI-SPION/siRNA w makrofagach w hodowli, a także in vivo.