بخشی از مقاله
خلاصه
ژن رسانی به معنای وارد کردن DNA خارجی به انواعی از سلولهای هدف میباشد. این کار با اهدافی چون درمان بیماریهای ژنی، تصحیح جهشها، بیان پروتئین مطلوب و جلوگیری از بیان پروتئینهای نامطلوب انجام میگیرد. با توجه به ماهیت ناپایدری نوکلئیک اسید و ناپایداری آن در مایعات بدن، نیاز به یک حامل برای ژن رسانی ضروری به نظر میرسد. انواعی از حاملهای ویروسی و غیر ویروسی برای این منظور وجود دارد.
مزایایی چون عدم ایجاد پاسخ ایمنی توسط میزبان، از برتریهای حامل غیرویروسی نسبت به ویروسی است. حاملهای غیر ویروسی شامل گروه های مختلفی پلیمر های فسفولیپیدهای کاتیونی ، نانو ذرات غیر آلی، نانوذرات لیپیدی،لیپوزوم ها و غیره میباشند. پلیمرهای کاتیونی از جمله موارد کاربردی در این میان هستند. عواملی مانند ساختار پلیمر، اندازه کمپلکس -DNAپلیمر، تراکم DNA، سمیت، پایداری سیستم -DNAپلیمر و هدف یابی اختصاصی، در کارایی و بهره وری استفاده از این سیستمها برای ژن رسانی موثر میباشند.
.1 مقدمه
ژن رسانی به معنای وارد شدن ژن خارجی به سلول زنده است و برای اهداف مختلف از جمله تصحیح جهشها، ژن درمانی، افزایش بیان ژنهای مطلوب، جلوگیری از بیان ژنهای غیر مطلوب و غیره انجام می شود2]،.[1 اساس ژن درمانی، درمان بیماریهای انسانی توسط وارد کردن مواد ژنتیکی به داخل سلول های سوماتیک انسانی به منظور افزایش بیان ژن یا مهار تولید پروتئینهای زیان آور می باشد
همچنین ژن درمانی امیدها را برای درمان بیماری سرطان زنده نگه می دارد. ژن رسانی پیش نیاز ژن درمانی است، به عبارت دیگر برای اینکه ژن درمانی امید بخش باشد و مفید واقع شود باید ژن رسانی موثر و کارا داشته باشیم. برای ژن رسانی روشهای زیادی وجود دارد که بر اساس حامل مورد استفاده، به سه دسته فیزیکی، حامل های ویروسی و حامل های غیر ویروسی تقسیم می شوند.
دسته اول روش هایی هستند که بر پایه نیروهای فیزیکی باعث وارد شدن DNA خارجی به سلول هدف می شود مانند الکتروپوریشن و تفنگ ژنی. دسته دوم روشهایی بر پایه حامل های ویروسی هستند، به عبارت دیگر از ویروس به عنوان حامل ژن رسان استفاده می شود. دسته سوم روشهایی بر پایه حامل های غیر ویروسی هستند[9-11]، این حامل ها سنتزی بوده و زمانی که به DNA متصل می شوند؛ کمپلکسی نانومتری تشکیل می دهند. حامل های غیر ویروسی شامل گروه های مختلفی پلیمر های فسفولیپیدهای کاتیونی ، نانو ذرات غیر آلی، نانوذرات لیپیدی، لیپوزوم ها و غیره می باشد
اهمیت استفاده از حامل در ژن رسانی از این جهت است که کاربرد بالینی داروهای ژنی به علت ناپایداری در مایعات بدن و برداشت کم بافتی با مشکل مواجه میشود، این ناپایداری به علت وزن مولکولی بالا و باردار بودن اسید های نوکلئیک اتفاق میافتد. بنابراین طراحی یک سیستم رسانش مناسب که بتواند DNA یا رشتهی الیگونوکلئوتیدی را به هدف مورد نظر برساند ضروری است.
استفاده از حاملهای ویروسی برای انتقال DNA مشکلاتی از جمله خطر ایجاد پاسخ ایمنی در میزبان وجود دارد به این صورت که بدن واکنش ایمنی به حامل نشان داده و متعاقبا کارایی درمان کم میشود14]و.[15 بنابراین نیاز به یک حامل مطمئنتر برای رسانش DNA وجود دارد. این حامل بایستی چگالی بار سطحی و هیدروفوبیسیته لازم را برای بر همکنش با غشای لیپیدی سلول و نیز DNA داشته باشد. بر این اساس با توجه به بار ذاتی منفی DNA - که به علت وجود گروه های ساختاری فسفات است - معمولا از موادی با بار مثبت مانند کیتوسان، پلی اتیلن ایمین، پلی پروپیلن ایمن و غیره به عنوان حامل برای رسانش DNA استفاده می شود تا با استفاده از بر هم کنش الکتروستاتیک، حامل به DNA متصل گردد.
همچنین حامل مورد استفاده باید دارای توانایی بالا در تحویل ژن به سلول هدف و هسته آن و توانایی محافظت از ماده ژنتیکی در برابر تخریب کننده های داخل و خارج سلول بوده و پاسخ های ایمنی ناخواسته ایجاد نکند به علاوه حامل ایده آل DNA باید برای مصارف کلینیکی مناسب باشد، همچنین تولید وخالص سازی آن در مقادیر و غلظت زیاد، آسان و کم هزینه باشد. حامل های غیر ویروسی مزایای بسیاری از قبیل نداشتن اجزای ویروسی و عدم تحریک پاسخ های ایمنی را ارائه می دهند. این حامل ها ارزان می باشند و به راحتی می توانند ساخته شوند،علاوه بر این ساختار آنها را می توان در جهت کارایی بهینه اصلاح کرد.
همچنین برای انتقال ژن با اندازه های متفاوت مناسب می باشند. در سال 1970 برای اولین بار، ذرات کلوئیدی با قطر کمتر از یک میکرو متر که حاوی ترکیبات ماکرو مولکولی بودند ساخته شد.[18] از آن زمان به بعد کارهای بسیار زیادی در زمینه استفاده از نانو ذرات - مانند نانو ذرات غیر آلی، نانوذرات لیپیدی - و دیگر حاملها برای ژن رسانی صورت گرفته است. با توجه به مزایای حامل های غیر ویروسی و همچنین به دلیل کاربرد نسبتا در دسترس تر و آسان تر سیستمهای پلیمری، در این مطلعه بررسی عوامل موثر در ژن درمانی توسط این حاملها، پرداخته شده است.
. 2 عوامل موثر در ژن رسانی توسط حامل های غیر ویروسی - سیستم پلیمری -
عوامل مختلفی بر وارد کردن کمپلکس پلیمر- DNA - پلی پلکس - به سلول موثر است، این عوامل در حرکت ، توزیع داخل سلولی و نهایتا تردد داخل سلولی DNA اثر گذار هستند. یک سیستم ایده آل باید DNA را در سیتوپلاسم پراکنده کرده و مستقیما به طرف هسته حمل کند. کلید موفقیت در تردد داخل سلولی و بیان ژن، به نوع حامل، ساختار، عملکرد، توانایی اتصال آن به DNA، اندازه کمپلکس، زمان و مکانیسم تجزیه DNA از کمپلکس بستگی دارد
. 1 . 2 ساختار پلیمر کاتیونی
اختلاف عمده بین پلیمر های کاتیونی، نوع و تعداد نسبی آمین های قابل پروتونه شدن آنهاست. پلیمر های کاتیونی آمین گروه اول دارند و درpH خنثی پروتونه می شوند. در مورد همه پلیمرها حداکثر کارایی انتقال با افزایش نسبت بار آمین گروه اول به فسفات DNA حاصل می شود. علی رغم وجود بعضی از اختلافات بین کمپلکس های پلیمری از لحاظ شکل ظاهری، مارپیچ مشابهی دارند. قطر مارپیچ با پلیمر کاتیونی تغییر می کند، اگرچه این تغییر به اندازه فیزیکی پلیمر کاتیونی ارتباط ندارد.
. 2 . 2 اندازه کمپلکس
نفوذ DNA در سیتوپلاسم به اندازه کمپلکس -DNAپلیمر بستگی دارد. انتقال قطعات DNA دو رشته ای نشاندار با اندازه 21تا 6000 جفت باز از طریق ریز تزریقی به سیتوپلاسم و هسته مورد بررسی قرار گرفته است. مطالعات نشان می دهد که محدودیت نفوذ DNA به هسته به علت اتصال با پروتئینهای سیتو پلاسمی و کاهش قدرت تحرک آنهاست. بنابراین برای حامل های غیر ویروسی مرحله محدود کننده سرعت، نفوذ DNA در سیتوپلاسم است.تمامی این عوامل به نوع پلی کاتیون وابسته است و آگاهی پیرامون این عوامل در ژن رسانی بهتر و مطلوبتر اثر گذار است.
3. 2 .تراکم DNA
اثر متقابل پلی کاتیون ها با پلی آنیون DNAو به دنبال آن بارگیری و متراکم کردن DNA توسط پلی کاتیون، ذراتی با اندازه 200- 20 نانومتر ایجاد می کند. توانایی پلی کاتیون برای متراکم کردن DNA و تشکیل ذراتی در حد نانو موضوع مهمی در کارایی نفوذ این سیستم به داخل سلول می باشد زیرا این توانایی به اندازه پلی کاتیون بستگی دارد. به طور مثال پلی اتیلن ایمین 2 کیلو دالتون ذراتی به قطر 2 میکرومتر ایجاد میکند در حالی که پلی اتیلن ایمین 25 کیلو دالتون ذراتی به قطر 80 تا 100 نانو متر ایجاد می کند
صرف نظر از کاهش سایز و متراکم کردن DNA که توسط بار مثبت پلی کاتیونها رخ میدهد، اتصال این سیستم به غشای سلول توسط همین بار مثبت انجام می شود. در عمل بار مثبت پلی کاتیون با بار منفی پروتوگلیکان های سطح غشا پیوند الکتروستاتیک برقرار کرده و این کمپلکس توسط اندوسیتوز وارد سلول می شود. که نوعی انتقال غیر اختصاصی به شمار می رود
