자기감염

자기감염은 자기장을 이용해 벡터를 함유한 입자를 농축해 체내 세포를 대상으로 하는 전이법이다.^[1]자기감염은 핵산, 비바이러스성 전염 시스템, 바이러스를 포함한 다양한 벡터에 적응되었다.이 방법은 높은 전염 효율성과 생체적합성 등 한계와 균형을 이루는 장점을 제공한다.null

메커니즘

원리

현재 OZ 바이오시언스사가 상표권을 갖고 있는 자기감염이라는 용어는 자기감염과 전이라는 단어를 합친 것이다.^[2]자기감염은 자기 나노입자와 관련된 핵산을 사용한다.그리고 나서 이러한 분자 복합체들은 농축되어 적용된 자기장을 이용하여 세포로 운반된다.null

합성

자성 나노입자는 일반적으로 완전 생분해성이 있는 산화철로 만들어지는데, 이 산화철은 공동소화나 미세항전 등의 방법을 사용한다.^[3][4]null

나노입자는 유전자 벡터(DNA, siRNA, ODN, 바이러스 등)와 결합된다.한 가지 방법은 아비딘-바이오틴 상호작용을 이용하여 바이러스 입자와 자분 입자를 연결하는 것이다.^[5]바이러스는 소수성 상호작용을 통해 나노입자와 결합할 수도 있다.^[6]null

또 다른 합성법은 자기 나노입자를 양이온지질이나 중합체로 소금 유도 집적을 통해 코팅하는 것이다.예를 들어 나노입자는 전이제로 흔히 사용되는 양전하 고분자인 폴리에틸에니민(FEI)과 결합할 수 있다.^[7]PEI 용액은 높은 유전자 발현을 장려하기 위해 합성하는 동안 높은 pH를 가져야 한다.^[8]양전하 나노입자는 정전기 상호작용을 통해 음전하 핵산과 연관시킬 수 있다.^[9]null

세포흡수

벡터를 탑재한 자분은 외부 자기장의 영향으로 대상 세포에 집중된다.그리고 나서 세포들은 내포증과 노포시증을 통해 자연스럽게 유전 물질을 흡수한다.결과적으로, 세포막 구조와 구조는 세포막을 손상시키는 전기수술이나 유전자 총과 같은 다른 물리적 전염 방법과는 대조적으로 온전하게 유지된다.^[10]null

그 후 핵산은 사용된 제형에 따라 다른 메커니즘에 의해 세포질 속으로 방출된다.

1. 나노입자에 코팅된 양이온 폴리머에 의해 유발되는 양성자 스폰지 효과로 내시경적 삼투성 부종, 내시경적 막의 붕괴, DNA 형태의 세포 내 분비를 촉진한다.
2. 세포 음성 지질의 플립플롭(flip-flop)과 전하중화에 의해 핵산을 세포로 방출하는 입자에 코팅된 양이온지질에 의한 내분성의 불안정화 및
3. 바이러스 감염 메커니즘

자기감염은 분열하지 않거나 서서히 분열하는 세포와 함께 작용하는데, 이는 유전 물질이 세포 분열 없이 세포핵으로 갈 수 있다는 것을 의미한다.^[11]null

적용들

자기감염은 광범위한 세포라인, 전염하기 어려운 1차 세포에서 시험되었다.^[12]바이러스 응용뿐만 아니라 DNA, siRNA, 1차 뉴런 전염과 같은 여러 종류의 응용을 위해 최적화되고 효율적인 몇 개의 자기 나노입자 제형이 특별히 개발되었다.^[13]null

자기감염 연구는 현재 임상 전 단계에 있다.이 기술은 주로 해마, 피하 종양, 폐, 척수, 근육에 적용하기 위해 마우스, 쥐, 토끼 모델에서 플라스미드 DNA를 사용하여 생체내 테스트되었다.^[14]null

일부 애플리케이션에는 다음이 포함된다.

• 일반적으로 전염이 어려운 1차 신경줄기세포로 GFP 유전자를 전달하면 정적 자기장으로는 18%, 진동장으로는 32%의 효능이 있다.^[15]
• 84%의 효율로 인간 탯줄 정맥 내피세포에 올리고데옥시뉴클레오티드(ODN)를 전달하는 것.^[16]
• Hela 세포에 siRNA를 전달하여 루시퍼아제 리포터 유전자를 쓰러뜨린다.^[17]
• 아데노바이러스 벡터를 1차 인간 말초혈액 림프구에 전달하는 것.^[18]

이점

자기감염은 생화학적(양화지질 또는 중합체)과 물리적(전극, 유전자건) 전이법의 장점을 결합하려고 시도한다.높은 감염효율, 빠른 잠복시간, 생체적합성 등으로 국지 배송이 가능하다.^[19]null

전염효율

자기 나노입자를 유전자 벡터에 결합하면 이러한 벡터의 흡수가 분 단위에서 수백 배 증가하여 높은 전이 효율을 얻는다.^[20]유전자 벡터와 자기 나노입자 콤플렉스는 10~15분 후 세포로 전이되는데, 이는 다른 전이 방법이 필요로 하는 2~4시간보다 빠르다.^[21]24시간, 48시간, 72시간 후, 대부분의 입자들은 세포질, 바쿠올(세포를 둘러싸는 구조물) 그리고 때때로 세포핵에 국부화된다.^[22]null

생체적합성

자석 나노입자는 자석이 제거되면 쉽게 응집되지 않기 때문에 모세혈관을 막거나 혈전증을 일으킬 가능성이 낮다.^[23]또 산화철은 생분해성이 있어 헤모글로빈이나 철의 신진대사 경로에서 철을 재사용할 수 있다.^[24][25]null

단점들

입자 변동성

자기 나노입자 합성은 때때로 다양한 크기의 입자로 이어질 수 있다.^[26]입자의 크기는 입자의 유용성에 영향을 미칠 수 있다.구체적으로는 크기가 10nm 미만이나 200nm 이상인 나노입자는 몸에서 더 빨리 제거되는 경향이 있다.^[27]null

체내 국산화

자석은 원하는 세포에 자석 나노입자를 국소화하는 데 사용될 수 있지만, 이 메커니즘은 실제로 유지하기가 어려울 수 있다.나노입자는 배양판이나 체표면 등 2D 공간에 집중될 수 있지만 인체의 3D 공간에서는 국산화하기가 더 어려울 수 있다.자기장은 거리가 멀어질수록 자기장이 약해지기 때문에 인체 표면에서 멀리 떨어진 장기나 혈관에는 잘 작동하지 않는다.^[28][29]또한 자석을 제거한 후에는 입자가 반드시 원하는 위치에 머무르지 않으므로 사용자는 자기장을 적용하는 빈도와 타이밍을 고려해야 한다.^[30]null

세포독성

나노입자를 만드는 데 사용되는 산화철은 생분해성이 있지만, 자기 나노입자의 독성은 여전히 조사 중에 있다.일부 연구에서는 세포 손상 징후를 발견하지 못한 반면, 다른 연구에서는 작은 (< 2nm) 나노입자가 세포막을 가로질러 확산되어 세포막을 교란시킬 수 있다고 주장한다.^[31][32]null

또 매우 고농도의 산화철은 동태에 지장을 주며 철과부하로 이어져 DNA를 손상시키거나 변형시키고 세포반응에 영향을 미치며 세포를 죽일 수 있다.^[33]리소시메스는 또한 나노입자를 소화하고 과산화수소와 반응하여 활성산소를 형성할 수 있는 프리 철을 방출할 수 있어 세포독성, 돌연변이 유발, 발암 유발 효과가 있다.^[34]null

참조

추가 읽기

참고 항목

• 자석보조전염