[논문 리뷰] Magnetic Field-Assisted Gene Delivery: Achievements and Therapeutic Potential

José I. Schwerdt, Gerardo F. Goya외 4명|arXiv (Cornell University)|2011. 11. 05.

Animal Genetics and Reproduction참고 문헌 77인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 자기나노입자(MNPs)와 외부 자기장의 조합을 이용한 유전자 전달 기술인 마그네토페션(magnetofection)을 검토한다. 이 기술은 비바이러스 및 바이러스 유전자 전달의 효율을 향상시키며, in vitro에서 MNP-유전자 벡터 복합체가 전형적 전환 효율을 크게 향상시킴을 보여준다. 또한 암, 신경퇴행성 질환 및 심근경색의 비침습적 치료 가능성을 제시한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 세포 배양에서 마그네토페션의 효능과 기전을 평가하기 위해
• 마그네토페션을 자기약물표적화(MDT)와 통합하여 체내 적용을 탐색하기 위해
• 주요 병변 치료를 위한 최소침습 전략으로서 자기유전자표적화(MGT)의 가능성을 평가하기 위해
• 유전자 이행을 최적화하는 데 기여하는 자기나노입자(MNPs)와 자기장의 특성 요약하기 위해
• 암, 신경퇴행성 장애 및 심근경색 치료에서 MGT의 치료 잠재력 부각하기 위해

제안 방법

• 유전자 벡터로 기능화된 자기나노입자(MNPs)를 사용하여 자기장에 의해 유도되는 전달 가능하게 함
• 외부 자기장을 이용해 MNP-유전자 복합체를 표적 세포 부위에 집중시켜 전환 효율 향상
• 다양한 세포계열 및 유전자 벡터 유형(비바이러스 및 바이러스)을 사용한 in vitro 마그네토페션 결과 검토
• 효율적인 유전자 전달에 핵심적인 크기, 표면 코팅 및 자기적 특성을 갖춘 MNP 특성 분 析
• 자기약물표적화(MDT) 원리를 통합하여 체내 표적 전달 가능하게 함
• 치료 유전자를 약물 대신 전달하는 MDT의 새로운 변형으로서 자기유전자표적화(MGT) 제안

실험 결과

연구 질문

• RQ1 외부 자기장을 적용할 경우 자기나노입자를 이용한 유전자 이행 효율이 어떻게 향상되는가?
• RQ2 효율적인 유전자 전달에 최적화된 자기나노입자의 물리적 및 화학적 특성은 무엇인가?
• RQ3 기존 방법과 비교해 마그네토페션이 세포 배양 모델에서 전환 효율을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 마그네토페션은 질병 모델 동물에서 체내 적용을 위해 어떻게 적응시킬 수 있는가?
• RQ5 자기유전자표적화(MGT)는 보다 비침습적이고 표적화된 유전자 치료 개발 잠재력이 얼마나 있는가?

주요 결과

• 외부 자기장을 이용해 MNP-유전자 복합체를 표적 부위에 집중시킴으로써 마그네토페션은 세포 배양에서 유전자 이행 효율을 크게 향상시킨다.
• 유전자 벡터와 복합화된 자기나노입자(MNPs)는 기존 전환 방법보다 향상된 전환율을 보인다.
• 이 기술은 비바이러스 및 바이러스 벡터 모두에 적용 가능하므로 응용 가능성이 넓어진다.
• 자기약물표적화(MDT) 원리는 치료 유전자 전달로 확장되어 자기유전자표적화(MGT)를 가능하게 한다.
• MGT는 암, 신경퇴행성 장애 및 심근경색과 같은 질환의 치료를 위한 유망한 최소침습 전략을 제공한다.
• 안정적이고 비독성인 MNP-유전자 벡터 복합체는 안전하고 효과적인 체내 유전자 전달을 위해 필수적이다.