流体力学的送達
遺伝子導入法

ハイドロダイナミックデリバリー（HD）は、げっ歯類モデルにおけるDNA挿入法です。遺伝子は注射によって動物の血流に送達され、肝臓で発現します。このプロトコルは、遺伝子機能の解明、遺伝子発現の制御、そして生体内での医薬品開発に役立ちます。[1]

W・ヘストンがマウスに静脈注射をしている様子。ヘストンは1944年頃、マウスの肺腫瘍と遺伝について研究し、腫瘍感受性が特定の遺伝子に局在することを目指した。

方法

ハイドロダイナミックデリバリーは、ウイルス感染（トランスフェクション）なしに遺伝子を挿入する方法として開発された。この手順では、高圧針を使用してげっ歯類の静脈に大量のDNA溶液を注入する必要がある。[2] DNAの体積は通常、動物の体重の8～10%に相当し、5～7秒以内に注入される。[3] [4]挿入の圧力により心臓うっ血（心臓内の圧力上昇）が起こり、DNA溶液が血流に乗って肝臓に蓄積する。[2]圧力により細胞膜の細孔が拡張し、DNA分子を実質、つまり臓器の機能細胞に押し込む。[1] [5] [2] [4]肝臓では、これらの細胞は肝細胞である。注入後2分以内に圧力は自然レベルに戻り、細孔は収縮してDNAを細胞内に閉じ込める。注射後、遺伝子の大部分は長期間にわたって動物の肝臓で発現します。[6] [3]

もともとDNAを挿入するために開発されたHDですが、その後の発展によりRNA、タンパク質、短いオリゴヌクレオチドを細胞に挿入できるようになりました。[6]

注入時の高圧により細胞膜の細孔が拡張し、DNAが細胞内に侵入できるようになります。圧力が低下すると、細孔は通常のレベルまで縮小し、標的DNAを細胞内に捕捉します。

アプリケーション

ハイドロダイナミックデリバリー法の開発により、生体内実験を研究するための代替手段が生まれました。この方法は、ウイルス導入に伴う潜在的なリスクや合併症を伴わずに、小型哺乳類において有効であることが示されています。[7]これらの研究の応用としては、調節因子の検査、抗体の作製、遺伝子治療技術の解析、疾患モデルの開発などが挙げられます。[8]通常、遺伝子は肝臓で発現しますが、手順を変更することで、腎臓、肺、筋肉、心臓、膵臓でも遺伝子を発現させることができます。[2]

流体力学的注入には高圧、高容量の注入が含まれ、時間注入曲線でプログラムされたコンピュータによって制御および監視されます。

遺伝子治療

流体力学的送達は、遺伝性疾患の克服を目指して遺伝子導入に用いられてきました。これまでHDは主にげっ歯類などの小型哺乳類を対象としてきたため、ヒトへの応用は限られています。現在進行中の研究により、大型哺乳類への応用と将来の臨床研究が拡大しています。コンピュータ支援画像誘導技術により、外科医は針やカテーテルを正確な部位に挿入することができ、自動注入装置が最適な遺伝子導入に必要な圧力を監視・調整します。[9]より精密な注入により、DNA溶液の量を生物の体重の約1%まで減らすことができます[3]

カテーテルを用いて注入を行うことで、外科医は肝臓以外の臓器で遺伝子発現を行うことができます。カテーテルを別の部位に配置することで、肝臓での遺伝子発現は維持されながらも、DNA溶液が標的に到達できるようになります。[3]

モデル生物の開発

ハイドロダイナミックDNAデリバリーは、ヒト疾患のモデルシステムを作成するための有用なツールです。この技術を用いることで、研究室では生体内で遺伝性疾患を研究することが可能になります。また、治療法を研究するために、実験動物にがん遺伝子を導入することも可能です。 [4] [10]遺伝子導入に加えて、HDは腫瘍細胞にも効果があることが示されています。[3] 転移性がん細胞をモデル生物に送達することで、特定のがんを研究することができます。[3] [4]

代替の非ウイルストランスフェクション法

ウイルスベクターを使用せずに生物に遺伝子を挿入する代替方法もあります。これらは物理的手法と化学的手法に分けられます。[2] [7]

物理的方法:

化学的方法：

  • カチオン性脂質
  • カチオン性ポリマー
  • デンドリマーベースのベクター
  • ポリペプチドベースのベクター
  • 無機ナノ粒子、ポリマーナノ粒子、脂質ナノ粒子
  • ジェミニ界面活性剤

参考文献

  1. ^ ab 須田 健; 劉 徳喜 (2015-01-01)「Hydrodynamic Delivery」、黄 葉; 劉 徳喜; ワグナー エルンスト (編)『遺伝子治療のための非ウイルスベクター - 物理的手法と医療翻訳』、Advances in Genetics、第89巻、Academic Press、pp.  89– 111、doi :10.1016/bs.adgen.2014.10.002、ISBN 978-0-12-802272-6, PMID  25620009 , 2022年10月8日取得
  2. ^ abcde Sharma, Divya; Arora, Sanjay; Singh, Jagdish; Layek, Buddhadev (2021-07-31). 「非ウイルス遺伝子送達の紆余曲折と最近の進歩のレビュー」International Journal of Biological Macromolecules . 183 : 2055– 2073. doi :10.1016/j.ijbiomac.2021.05.192. ISSN  0141-8130. PMC 8266766. PMID 34087309  . 
  3. ^ abcdef カミムラ、ケニア;横尾​​武史阿部裕之；小林裕二；小川 康平品川洋子井上良介寺井修司（2015年9月） 「画像誘導による流体力学的遺伝子送達：現状と将来の方向性」。医薬品。7 (3): 213–223。土井: 10.3390/pharmaceutics7030213。ISSN  1999-4923。PMC 4588196。PMID  26308044。 
  4. ^ abcd Chen, Xin; Calvisi, Diego F. (2014-04-01). 「肝癌研究のための新規マウスモデルの作成のための流体力学的トランスフェクション」. The American Journal of Pathology . 184 (4): 912– 923. doi :10.1016/j.ajpath.2013.12.002. ISSN  0002-9440. PMC 3969989. PMID 24480331  . 
  5. ^ Conn, David Bruce (1993). 「扁形動物（扁形動物）の生物学：実質細胞と細胞外マトリックス」 .アメリカ顕微鏡学会誌. 112 (4): 241– 261. doi :10.2307/3226561. ISSN  0003-0023. JSTOR  3226561.
  6. ^ ab Bonamassa, Barbara; Hai, Li; Liu, Dexi (2011-04-01). 「流体力学的遺伝子送達と医薬品研究への応用」.医薬品研究. 28 (4): 694– 701. doi :10.1007/s11095-010-0338-9. ISSN  1573-904X. PMC 3064722. PMID  21191634 . 
  7. ^ ab Nguyen, Andrew T.; Dow, Adrienne C.; Kupiec-Weglinski, Jerzy; Busuttil, Ronald W.; Lipshutz, Gerald S. (2008-07-01). 「流体力学的遺伝子導入による肝臓発現のための遺伝子プロモーターの評価」. Journal of Surgical Research . 148 (1): 60– 66. doi :10.1016/j.jss.2008.02.016. ISSN  0022-4804. PMC 2761841. PMID 18570932  . 
  8. ^ Herweijer, H.; Wolff, JA (2007年1月). 「遺伝子治療の進歩と展望：流体力学的遺伝子送達」.遺伝子治療. 14 (2): 99– 107. doi : 10.1038/sj.gt.3302891 . ISSN  1476-5462. PMID  17167496. S2CID  8599229.
  9. ^ 須田 健; 須田 貴恵子; 劉 徳喜 (2008-06-01). 「コンピュータ支援流体力学的遺伝子送達」.分子療法. 16 (6): 1098–1104 . doi : 10.1038/mt.2008.66 . ISSN  1525-0016. PMID  18398428.
  10. ^ 柴田治;カミムラ、ケニア。田中裕人；小川 康平大脇 隆司小田千由美;森田真一；木村 篤史阿部裕之；五十嵐聡;林 一直；横尾​​武史寺井、修二（2022-06-14）。 「膵臓を標的とした流体力学的遺伝子送達法を用いた膵臓癌動物モデルの確立」。分子治療 – 核酸。28 : 342–352 .土井:10.1016/j.omtn.2022.03.019。ISSN  2162-2531。PMC 9018811。PMID  35474735。 
「https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hydrodynamic_delivery&oldid=1326600619」より取得