Multi-step screening of DNA/lipid nanoparticles and co-delivery with siRNA to enhance and prolong gene expression

基因传递 转基因 质粒 遗传增强 DNA 转染 核酸 体内 基因表达 生物 基因 分子生物学 细胞生物学 化学 生物化学 遗传学
作者
Yining Zhu,Ruochen Shen,Ivan Vuong,Rebekah A. Reynolds,Melanie J. Shears,Zhi‐Cheng Yao,Yizong Hu,Won June Cho,Jiayuan Kong,Sashank Reddy,Sean C. Murphy,Hai‐Quan Mao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:59
标识
DOI:10.1038/s41467-022-31993-y
摘要

Abstract Lipid nanoparticles hold great potential as an effective non-viral vector for nucleic acid-based gene therapy. Plasmid DNA delivery can result in extended transgene expression compared to mRNA-based technologies, yet there is a lack of systematic investigation into lipid nanoparticle compositions for plasmid DNA delivery. Here, we report a multi-step screening platform to identify optimized plasmid DNA lipid nanoparticles for liver-targeted transgene expression. To achieve this, we analyze the role of different helper lipids and component ratios in plasmid DNA lipid nanoparticle-mediated gene delivery in vitro and in vivo. Compared to mRNA LNPs and in vivo-jetPEI/DNA nanoparticles, the identified plasmid DNA lipid nanoparticles successfully deliver transgenes and mediate prolonged expression in the liver following intravenous administration in mice. By addressing different physiological barriers in a stepwise manner, this screening platform can efficiently down select effective lipid nanoparticle candidates from a lipid nanoparticle library of over 1000 formulations. In addition, we substantially extend the duration of plasmid DNA nanoparticle-mediated transgene expression using a DNA/siRNA co-delivery approach that targets transcription factors regulating inflammatory response pathways. This lipid nanoparticle-based co-delivery strategy further highlights the unique advantages of an extended transgene expression profile using plasmid DNA delivery and offers new opportunities for DNA-based gene medicine applications.
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