$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Terapia genowa moduluje specyficzną ekspresję genów, aby uzyskać wynik terapeutyczny. Odkryto i zbadano liczne narzędzia do modulacji genów, w tym interferencję kwasu rybonukleinowego (RNAi) za pomocą oligonukleotydów (np. krótkiego interferującego RNA (siRNA)1,2, microRNA (miRNA)3,4), plazmidy DNA5,6, nukleazy (np. palec cynkowy, TALENS)7,8 oraz systemy CRISPR/Cas99,10. Chociaż mechanizm działania każdego narzędzia jest inny, wszystkie narzędzia muszą dotrzeć do cytoplazmy komórki lub jądra, aby były aktywne. W związku z tym, chociaż udowodniono, że narzędzia te wywołują znaczący wpływ na modulowanie ekspresji genów in vitro, skuteczność in vivo cierpi z powodu przeszkód zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych. Ze względu na fakt, że narzędzia są pochodzenia biologicznego, w naszym ciele istnieje wiele enzymów i systemów klirensowych, które mają zdolność degradacji lub usuwania obcych cząsteczek11. Nawet w przypadku, gdy narzędzia dotrą do komórki docelowej, cierpią na endocytozę; Tryb wychwytu komórkowego, który zamyka i więzi narzędzia w kwaśnych pęcherzykach przypominających żołądek, które degradują lub wydalają narzędzia z komórki. W rzeczywistości badania wykazały, że nanocząstki lipidowe są endocytozowane przez makropinocytozę, z której około 70% siRNA jest egzocytozowane z komórek w ciągu 24 godzin od wchłonięcia12,13. Większość pozostałego siRNA jest degradowana przez szlak lizosomalny i ostatecznie tylko 1-2% siRNA, które początkowo dostaje się do komórki z nanocząstkami, osiąga endosomalną ucieczkę, aby potencjalnie przejść RNAi13,14.
Niedawno opracowaliśmy fuzogeniczne porowate nanocząstki krzemu (F-pSiNPs), które mają rdzeń naładowany siRNA, składający się z porowatych nanocząsteczek krzemu, oraz fuzogeniczną powłokę lipidową15. F-pSiNP mają trzy główne zalety w porównaniu z innymi konwencjonalnymi systemami dostarczania oligonukleotydów: (1) fuzogenna powłoka lipidowa, która umożliwia cząstkom ominięcie endocytozy i dostarczenie całego ładunku bezpośrednio do cytoplazmy komórki (w porównaniu z 1-2% osiągniętym przez cząstki endocytozowane13,14) (Rysunek 1); (2) wysokie obciążenie masowe siRNA w pSiNPs (>20% wag. w porównaniu do 1-15% wag. przez konwencjonalne systemy)15, które szybko ulegają degradacji w cytoplazmie (gdy cząstki rdzenia zrzucają powłokę lipidową poprzez wychwyt fuzogenny) w celu uwolnienia siRNA; oraz (3) ukierunkowanie koniugacji peptydów w celu selektywnego naprowadzania na pożądane typy komórek in vivo.
System F-pSiNP wykazał znaczącą skuteczność wyciszania genów (>95% in vitro; >80% in vivo) i późniejszy efekt terapeutyczny w śmiertelnym mysim modelu >S. aureus pneumonia; którego wyniki zostały opublikowane wcześniej15. Jednak złożona struktura systemu F-pSiNP wymaga delikatnego obchodzenia się z nim i precyzyjnej optymalizacji w celu wygenerowania jednolitych i stabilnych nanocząstek. W związku z tym celem tej pracy jest przedstawienie dokładnego protokołu, a także strategii optymalizacyjnych w zakresie syntezy, funkcjonalizacji i charakterystyki F-pSiNPs, które mają być stosowane w ukierunkowanym dostarczaniu siRNA w celu uzyskania silnego efektu wyciszania genów.