A polyelectrolyte complex micelle (PECM)-based delivery system of antisense oligonucleotide (ODN) was demonstrated for targeting tumors. The tumor targeting property was conferred to the PECM by incorporating folate (FOL) to the end of polyelthyleneglycol (PEG) segment in ODN-PEG conjugate (ODN-PEG-FOL). When treated in FOL receptor over-expressing cells, the PECMs of the ODN-PEG-FOL conjugate showed a significant reduction in green fluorescent protein (GFP) expression in dose dependant manner. The enhanced transfection of ODN-PEG-FOL PECMs showed dependency on the presence of a folate receptor in target cells. The presence of free folate in the transfection medium significantly affects the cellular association of ODN-PEG-FOL PECMs. The efficacy of target specific gene suppression by ODN-PEG-FOL PECMs was maintained under the serum containing transfection medium. The results suggest that the PECM-based gene delivery system could be a promising candidate for a cancer targeted gene therapy.
A target-specific delivery system of anti-GFP small interfering RNA (siRNA) plasmid was developed by using FOL-modified cationic polyethylenimine (PEI). A GFP siRNA plasmid (pSUPER-siGFP), inhibiting the synthesis of GFP, was constructed and used for inhibiting GFP expression in FOL receptor over-expressing cells (KB cells) in a target specific manner. PEI-PEG-FOL conjugate was synthesized as a pSUPER-siGFP plasmid vector. KB cells expressing GFP were treated with various formulations of pSUPER-siGFP/PEI-PEG-FOL complexes to inhibit the gene expression of GFP. The formulated complexes were characterized under various conditions and their GFP gene inhibition and cellular uptake behaviors were explored by confocal microscopy and flow cytometry analysis. The pSUPER-siGFP/PEI-PEG-FOL complexes inhibited the GFP expression of KB cells more effectively than pSUPER-siGFP/PEI complexes not having FOL moieties, and showed far reduced extent of GFP gene inhibition for FOL receptor deficient cells. The results indicated that FOL receptor-mediated endocytosis was a major pathway of cellular uptake, suggesting target specific delivery of siRNA vector could be achieved to a specific cell.
A novel siRNA delivery system based on polyelectrolyte complex (PEC) micelles was introduced in this study. Vascular endothelial growth factor (VEGF) siRNA was conjugated to PEG via a disulfide linkage (siRNA-PEG). The siRNA-PEG conjugate could form PEC micelles by interacting with cationic PEI as a core forming agent. The VEGF siRNA-PEG/PEI PEC micelles showed greater stability than naked VEGF siRNA against enzymatic degradation. Under a reductive condition similar to cytosolic environment, an intact form of siRNA was released from the siRNA-PEG conjugate by cleavage of the disulfide linkage. The VEGF siRNA-PEG/PEI PEC micelles effectively silenced VEGF gene expression in prostate carcinoma cells (PC-3) up to 96.5% under an optimized formulation condition. They also showed a far superior VEGF gene silencing effect than VEGF siRNA/PEI complexes even in the presence of serum. This study suggests that the siRNA delivery system using VEGF siRNA-PEG/PEI PEC micelles could be potentially applied to RNAi-based anti-angiogenic treatment of cancer in vivo.
A polyelectrolyte complex (PEC) micelle-based small interfering RNA (siRNA) delivery system was developed for anti-angiogenic gene therapy to suppress the growth of human prostate carcinoma (PC-3). Poly(ethylene glycol) (PEG) was conjugated to the sense strand of the siRNA targeting human vascular endothelial growth factor (VEGF siRNA) via a disulfide bond. The VEGF siRNA-PEG/PEI PEC micelles were spontaneously formed by the interaction between the siRNA-PEG conjugate and polyethylenimine (PEI). PEI and the siRNA segment formed the PEC core by charge neutralization, while the flexible hydrophilic PEG segment formed a corona-type surface. The PEC micelles increased the stability and cellular uptake of the siRNA. As a result, PEC micelles inhibited the VEGF expression more efficiently compared to the controls in vitro. The PEC micelles were administered into PC-3 tumor bearing mice intratumorally or intravenously. The intratumoral administration of the micelles significantly reduced the amount of the intratumoral VEGF expression and inhibited neovascularization. As a result, the tumor growth was suppressed effectively in the micelle injection group. Intravenous injection of the PEC micelles through the tail vein also inhibited the VEGF expression at the tumor site and suppressed tumor growth successfully. In the examination of the tissue distribution, the PEC micelles were further accumulated in the tumor site. Therefore, the PEC micelle-based siRNA delivery system could be a useful method for RNAi-mediated cancer gene therapy.
현재 악성종양 및 암은 물론 혈관계 질환, 자가 면역성 질환 에이즈 등의 여러 종류의 난치병을 치료할 수 있는 새로운 기술로 각광 받고 있는 유전자 전달 치료법은 크게 유전자의 손실로 기능을 잃은 세포에 유전자를 전달해 줌으로써 손실된 기능을 부여해 주는 방법과 특정 유전자의 발현을 막음으로써 유전자 변형으로 인한 불필요한 단백질의 과발현을 막아주는 방법 이 두 가지로 나뉠 수 있다.
특히, 안티센스 올리고뉴클레오티드 혹은 siRNA (small interfering RNA)와 같이 최근 각광 받는 치료유전자들은 특정 유전자의 발현을 막는 유전자 전달법의 하나로 항암치료에 있어 암세포의 사멸을 유도할 수 있는 이상적인 치료법으로 관심이 집중되고 있다. 최근에는 연구에 따르면 21-22개 정도의 핵산으로 구성된 짧은 이중가닥 의 RNA, 즉 siRNA가 상보적인 표적 mRNA에 대해 굉장히 높은 특이성을 나타내는 RNA 간섭 작용을 하는 것으로 보도 되고 있다. siRNA의 RNA 간섭작용을 이용한 유전자 치료방법에는 합성 siRNA (synthetic siRNA)를 이용하는 것과 세포내에서 원하는 siRNA를 발현시키는 siRNA 벡터 시스템 (siRNA-vector system)을 이용하는 방법 크게 이 두 가지로 구분할 수 있으며 본 연구에서는 이둘 다가지를 이용한 유전자 전달 시스템을 연구하였다. 합성 siRNA를 이용한 유전자 치료방법은 치료 유전자의 투여시간을 조절하여 목표유전자의 발현을 인위적으로 통제함으로써 치료제 작용의 선택성을 추구할 수 있는 장점이 있으며, siRNA 벡터 시스템을 이용한 유전자 치료법은 한 번의 벡터 도입으로 세포내에서 계속적으로 siRNA를 합성함으로써 표적유전자의 기능을 마비시킬 수 있는 치료효율 극대화를 기할 수 있다.
현재 가장 많이 시도 되고 있는 유전자의 세포내 전달 방법으로는 레트로 바이러스나 아데노 바이러스 등 바이러스성 전달체를 이용하는 방법으로, 세포내 전달효율이 매우 높으나 면역반응에 의한 장기 투여의 어려움과 아직까지 병원성을 지닌 바이러스의 복제 가능성을 완전히 배제하지 못하므로 최근 그 대체 방법으로 비바이러스성 전달체개발이 활발히 연구되있다. 비바이러스성 전달체인 고분자를 이용한 세포내 유전자를 전달방법은 바이러스성 전달체에서 나타나는 면역거부반응을 극복할 수 있으며, 표적지향성 요소를 표지한 유전자 전달체를 유전자 치료에 도입함으로써 기존의 유전자 치료의 단점인 부위 비특이적인 유전자 치료제 전달성을 극복할 수 있으며, 그에 따른 부작용을 최소화하여 특히 항암치료에서 높은 효과를 보일 것으로 기대 되고 있다.
따라서 본 연구에서는 유전자 치료를 위한 안티센스, siRNA 발현 벡터 및 siRNA의 세포내 전달시에 치료유전자의 안정성 및 세포내 전달성을 극대화 시킨 효과적인 비바이러스성 유전자 전달 시스템을 개발 하였다. 특히, siRNA를 PEG에 접합시켜 siRNA의 세포내 안정성을 증가시키거나 생체내에서의 안정성을 향상시킴으로서 유전자 전달성을 극대화한 siRNA 전달 시스템을 동물 실험을 통해 이들의 국부투여와 혈관투여를 통한 유전자의 항암치료능을 확인하였다. 이와 같은 미셀구조를 가진 나노입자의 유전자 전달 시스템의 경우, 암을 물론 여러 질환 모델에서 치료 작용을 유도할 수 있으므로 치료효율의 극대화를 기대 할 수 있을 것으로 기대된다.
