Mechanistischer Einblick in die Elektroporation

Gentherapie ist ein vielversprechender Ansatz, um therapeutische Gene an Zellen abzugeben, aber die DNA-Abgabe über Elektroporation bedarf einer wesentlichen Optimierung.

Grundlagenforschung

Gegenwärtig sind Viren die wirksamsten Vektoren für den Gentransfer, aber ihre Anwendung beim Menschen wirft viele Sicherheitsbedenken auf. Die Abgabe von nackter DNA an lebende Zellen für Gentherapieanwendungen ist wahrscheinlich die sicherste Alternative zu herkömmlichen Vektoren und chemischen Verabreichungsmethoden. Die Zellmembran, die die Zellen umgibt, ist jedoch für große Biomoleküle wie Plasmide und DNA undurchlässig. Die Elektroporation wurde als eine Technik vorgeschlagen, um die Zellpermeabilität und die intrazelluläre Genabgabe zu erhöhen, indem Zellen elektrischen Feldimpulsen ausgesetzt werden. Dennoch ist es eine rohe und ineffiziente Technik, mit einer niedrigen Transfektionseffizienz, einer zufälligen Aufnahme und einer übermäßigen Zellschädigung. Ein besseres Verständnis der Zellelektroporenbildung und des DNA-Elektrotransfers kann helfen, den Ansatz für Anwendungen am Menschen zu optimieren. Das EU-finanzierte NANOEP-Projekt hat sich eingehend mit dem molekularen Mechanismus der Elektroporation der Zellmembran befasst. Die Forscher entwickelten Einzelmolekültechniken mit hoher räumlich-zeitlicher Auflösung, um den Transport von Biomolekülen wie DNA zu untersuchen. Die Idee war, den Mechanismus der Elektroporation und des elektrokinetischen Flusses von DNA im Mikro- / Nanobereich für unterschiedliche Längen- und Zeitskalen zu untersuchen. Es wurden neuartige Plattformen für die Nanokanal-Elektroporation entwickelt, um eine genaue Menge an Ladungen in lebende Zellen zu liefern, zusammen mit Vorrichtungen zur Untersuchung der subzellulären Antwort in Gegenwart äußerer Kräfte. Um die Elektroporation auf mikroskopischer Ebene zu untersuchen, verwendeten Wissenschaftler außerdem Mikro- / Nanofluidik-Vorrichtungen, um die Zellmembranen zu manipulieren. Mithilfe von vereinfachten Zellmodellen und Mikroskopieverfahren konnten sie den molekularen Prozess der Elektroporation erfolgreich aufklären. Gegenwärtig besteht ein großes Interesse an der Entwicklung neuer Verfahren zur sicheren und effizienten Abgabe von DNA an lebende Zellen. Die Ergebnisse des NANOEP-Projekts helfen dabei, die Prinzipien der Elektroporation und des DNA-Elektrotransfers zu verstehen. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden, um neue Strategien für die nicht-virale Genabgabe in grundlegenden biologischen und biomedizinischen Anwendungen zu entwickeln.

Schlüsselbegriffe

Elektroporation, Gentherapie, DNA-Abgabe, NANOEP, Nanofluidik

Single Cell Electroporation and DNA dynamics: from bulk to micro/nanofluidics

Mechanistischer Einblick in die Elektroporation

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