Self-assembled peptide–poloxamine nanoparticles enable in vitro and in vivo genome restoration for cystic fibrosis

体内 基因传递 遗传增强 核转染 转染 体外 细胞生物学 化学 生物 细胞培养 基因 生物化学 遗传学
作者
Shan Guan,Antje Munder,Silke Hedtfeld,Peter Braubach,Silke Glage,Longgui Zhang,Stefan Lienenklaus,Anja Schultze,Günther Hasenpusch,Wiebke Garrels,Frauke Stanke,Csaba Miskey,Sarah M. Johler,Yadhu Kumar,Burkhard Tümmler,Carsten Rudolph,Zoltán Ivics,Joseph Rosenecker
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:14 (3): 287-297 被引量:96
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0358-x
摘要

Developing safe and efficient non-viral delivery systems remains a major challenge for in vivo applications of gene therapy, especially in cystic fibrosis. Unlike conventional cationic polymers or lipids, the emerging poloxamine-based copolymers display promising in vivo gene delivery capabilities. However, poloxamines are invalid for in vitro applications and their in vivo transfection efficiency is still low compared with viral vectors. Here, we show that peptides developed by modular design approaches can spontaneously form compact and monodisperse nanoparticles with poloxamines and nucleic acids via self-assembly. Both messenger RNA and plasmid DNA expression mediated by peptide-poloxamine nanoparticles are greatly boosted in vitro and in the lungs of cystic fibrosis mice with negligible toxicity. Peptide–poloxamine nanoparticles containing integrating vectors enable successful in vitro and in vivo long-term restoration of cystic fibrosis transmembrane conductance regulator deficiency with a safe integration profile. Our dataset provides a new framework for designing non-viral gene delivery systems qualified for in vivo genetic modifications. A nanoparticle self-assembled by a multi-modular peptide and an amphiphilic poloxamine serves as a non-viral gene delivery agent for the long-term expression of CFTR in cell cultures and in animal models of cystic fibrosis.
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