[論文レビュー] Magnetic Field-Assisted Gene Delivery: Achievements and Therapeutic Potential

José I. Schwerdt, Gerardo F. Goya+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 5, 2011

Animal Genetics and Reproduction参考文献 77被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、磁性ナノ粒子（MNPs）と外部磁場を用いて非ウイルス的およびウイルス的遺伝子導入を強化する手法であるマグネトフェクションをレビューしている。MNP-遺伝子ベクター複合体がin vitroで転fection効率を顕著に向上させることを示しており、がん、神経変性疾患、心筋梗塞の非侵襲的治療のための磁気遺伝子標的化（MGT）の治療的潜在能力を提示している。

ABSTRACT

The discovery in the early 2000's that magnetic nanoparticles (MNPs) complexed to nonviral or viral vectors can, in the presence of an external magnetic field, greatly enhance gene transfer into cells has raised much interest. This technique, called magnetofection, was initially developed mainly to improve gene transfer in cell cultures, a simpler and more easily controllable scenario than in vivo models. These studies provided evidence for some unique capabilities of magnetofection. Progressively, the interest in magnetofection expanded to its application in animal models and led to the association of this technique with another technology, magnetic drug targeting (MDT). This combination offers the possibility to develop more efficient and less invasive gene therapy strategies for a number of major pathologies like cancer, neurodegeneration and myocardial infarction. The goal of MDT is to concentrate MNPs functionalized with therapeutic drugs, in target areas of the body by means of properly focused external magnetic fields. The availability of stable, nontoxic MNP-gene vector complexes now offers the opportunity to develop magnetic gene targeting (MGT), a variant of MDT in which the gene coding for a therapeutic molecule, rather than the molecule itself, is delivered to a therapeutic target area in the body. This article will first outline the principle of magnetofection, subsequently describing the properties of the magnetic fields and MNPs used in this technique. Next, it will review the results achieved by magnetofection in cell cultures. Last, the potential of MGT for implementing minimally invasive gene therapy will be discussed.

研究の動機と目的

• 細胞培養におけるマグネトフェクションの有効性とメカニズムを評価すること。
• マグネトフェクションを磁気薬物標的化（MDT）と統合し、in vivo 応用を検討すること。
• 主な病態の治療に向けた最小侵襲的戦略としての磁気遺伝子標的化（MGT）の実現可能性を評価すること。
• 遺伝子転送を最適化するための磁性ナノ粒子（MNPs）および磁場の特性を要約すること。
• MGTががん、神経変性疾患、心筋梗塞の標的遺伝子治療に与える治療的潜在能力を強調すること。

提案手法

• 遺伝子ベクターで機能化された磁性ナノ粒子（MNPs）を用いて、磁場誘導による遺伝子送達を可能にする。
• 外部磁場を用いてMNP-遺伝子複合体を標的細胞部位に集中させ、転fection効率を向上させる。
• 非ウイルス的およびウイルス的ベクターを用いたさまざまな細胞株を用いたin vitroでのマグネトフェクションの結果をレビューする。
• 効果的な遺伝子送達に不可欠なサイズ、表面被膜、磁気的特性を含むMNPの特性を分析する。
• マグネトフェクションを磁気薬物標的化（MDT）の原則と統合し、標的性in vivo送達を可能にする。
• 治療遺伝子を薬物の代わりに送達するという点で、磁気遺伝子標的化（MGT）をMDTの新規変種として提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部磁場の適用が、磁性ナノ粒子を用いて遺伝子転送効率をどのように向上させるのか？
• RQ2 効果的な遺伝子送達に最適な磁性ナノ粒子の物理的および化学的特性は何か？
• RQ3 従来の手法と比較して、マグネトフェクションはin vitroの細胞培養モデルでどの程度転fection効率を向上させるのか？
• RQ4 マグネトフェクションは、疾患モデルの動物実験においてどのようにin vivo 応用に適応できるのか？
• RQ5 磁気遺伝子標的化（MGT）は、より侵襲性が低く標的性の高い遺伝子治療の開発にどの程度の可能性を秘めているのか？

主な発見

• 外部磁場によるMNP-遺伝子複合体の標的部位への集中により、マグネトフェクションは細胞培養において遺伝子転送効率を顕著に向上させる。
• 遺伝子ベクターと複合化した磁性ナノ粒子（MNPs）は、標準的なトランスフェクション法と比較して、より高い転fection率を示す。
• この技術は非ウイルス的およびウイルス的ベクターの両方に適応可能であり、応用範囲が広がる。
• 磁気薬物標的化（MDT）の原則を応用して、治療遺伝子を送達する磁気遺伝子標的化（MGT）を実現できる。
• MGTは、がん、神経変性疾患、心筋梗塞などの疾患治療に有望な最小侵襲的戦略を提供する。
• 安全かつ効果的なin vivo遺伝子送達には、安定的で非毒性なMNP-遺伝子ベクター複合体が不可欠である。