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Chitosan als Helfer für pCRISPR-Übertragung

CRISPR/Cas ist ein vielversprechendes Werkzeug zur Bekämpfung von genetischen Krankheiten. Allerdings haben nicht virale-Vektoren mit einer guten Transfektionseffizienz oft mit einer hohen Zytotoxizität zu kämpfen. In dem vorgestellten Paper wurden Ca-Nanopartikel mit Chitosan modifiziert. Anschließend wurden die Effekte auf Transfektionseffizienz und Zytotoxizität untersucht.

CHITOSAN-BASIERTE NANOMATERIALIEN UND IHRE WECHSELWIRKUNG MIT CHITOSAN: OPTIMIERUNG FÜR PCRISPR -TRANSPORT

Calcium‑based nanomaterials and their interrelation with chitosan: optimization for pCRISPR delivery, Rabiee, N.; Bagherzadeh, M.; Ghadir, A.M.; Kiani, M.; Ahmadi, S.; Jajarmi, V.; Fatahi, Y.; Aldhaher, A.; Tahriri, M.; Webster, T.J.; Mostafavi, E., 2021, Journal of Nanostructure in Chemistry, https://doi.org/10.1007/s40097-021-00446-1

CRISPR/Cas gilt als vielversprechendes Werkzeug zur Bekämpfung genetischer Krankheiten. Um CRISPR und das zu übertragende Gens in eine Zelle als Plasmid (pCRISPR) einzubringen, wird ein Träger bzw. Vektor benötigt. Neben viralen Vektoren, die zum einen teuer sind und zum anderen in vivo immunologische Reaktionen auslösen könnten, stellen nicht-virale Vektoren eine Alternative dar. Diese sind oft günstig in der Synthese und Produktion. Außerdem bieten sie viel Spiel für Optimierung um z.B. Anwendungen in der Krankheitsprävention, Diagnose und Behandlung zu ermöglichen. Allerdings wiesen in bisherigen Studien nicht-virale Vektoren einen Zusammenhang zwischen Zytotoxizität und Transfektionseffizienz auf. Bei Vektoren mit einer hohen Transfektionseffizienz wie z.B. das synthestische Polymer PEI (Polyethylenamin), wurde oft eine relativ hohe Zytotoxizität beobachtet. Dagegen wiesen Nanopartikel die Kationen wie z.B. Mg2+, Ca2+, Ba2+ oder Mn2+ enthalten, zwar eine geringe Zytotoxizität auf, allerdings auch eine niedrige Transfektionsrate.

Nanopartikel wie z.B. Calcium Phosphat (CaP) sind in der Lage stabile Komplexe mit dem DNA Rückgrat zu bilden und diese zusätzlich zu stabilisieren. Während der Transfektion können die Nanopartikel-DNA-Komplexe über Ionenkanäle in die Zellen eingeschleust werden. Nach dem Einbringen in die Zelle wird die exogene DNA allerdings schnell abgebaut, weshalb es hier eine geringe Transfektionrate der Zellen beobachtet wird.

Interessante Ergebnisse wurden auch für den Einsatz von natürlichen, kationischen Polysaccaride mit Glucosamin-Untereinheiten, wie z.B. Chitosan, als Vektoren erzielt. Die unacetylierte Form kann stabile Komplexe mit der einzubringenden DNA zu bilden. Ist dabei das Chitosan kleiner als 90 nm, ist es in der Lage DNA zu effektiv zu kondensieren.

Um die Transfektionseffizienz von Calcium-Nanopartikeln, CaP und in Pflanzen hergestellte Calcium-Nanopartikel (CaNPs) zu verbessern, wurden diese in der vorgestellten Studie mit Chitosan modifiziert. Anschließend wurden die Chitosan-Nanopartikel genutzt um pCRISPR mit EGFP gekoppelt in HEK-293 Zellen einzubringen. Neben der Bestimmung der Transfektionseffizienz durch EGFP Fluoreszenz, wurde die Zytotoxizität der Vektoren untersucht.

ERGEBNISSE

  • Die mit Chitosan behandelten Nanopartikel wiesen ein höheres Zeta-Potential auf, was zu einer verbesserten Bindung von genetischen Material an die Partikel führte
  • Alle Nanopartikel zeigten in Assays eine gute Zellviabilität für HEK-Zellen (mehr als 85 %)
  • Transfektionseffizienz verbesserte sich mit steigenden Ratio zwischen Nanopartikel und pCRISPR DNA
  • Beste EGFP-Expression von 25 % der  HEK-293 Zellen wurde für CaP-Chitosan beobachtet, für CaNPs-CaP-Chitosan mehr als 14 %  
  • Verbesserung der DNA-Kondensation durch synergetischen Effekt zwischen CaP und Chitosan
  • Geringere Aggregation der Nanopartikel bei Chitosananwesenheit führte zu einer kleineren Partikelgröße und somit zu einer verbesserten Transfektion

Zusammenfassung: In der Studie wurde gezeigt, dass mit Chitosan gekoppelte CaP und CaNP-Nanopartikel in der Lage sind humane HEK-293 Zellen mit pCRISPR zu transfizieren. Neben einer Transfektionseffizienz bis zu 25 % für CaP-Chitosan, wurde mit diesen nicht-viralen Vektoren auch gute Zellviabilitäten über 85 % beobachtet. Link zum Artikel: https://link.springer.com/article/10.1007/s40097-021-00446-1

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Kongresse und Messen

Treffen Sie uns 2023 auf folgenden Messen:

  • EASO Winterschool 2023, Wittenberg, Deutschland, 15.02.-18.02.2023
  • EUCHIS 2023, Siglufjörður, Island, 11.-14.09.2023
  • EPNOE 2023, Graz, Österreich, 18.09.-22.09.2023
  • Asia Pacific Chitin and Chitosan Symposium 2023, Juju, Süd-Korea, 31.10.-03.11.2023

Zur Vereinbarung von Terminen, bitte kontaktieren Sie Frau Richter über sales(at)medical-chitosan.com

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  • Heppe Medical Chitosan GmbH
    Heinrich-Damerow-Straße 1
    D-06120 Halle (Saale)
  • Tel.: +49 (0) 345 27 996 300
    Fax: +49 (0) 345 27 996 378
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News

  • Chitosan in Polymer-basierten Nanopartikeln zum Wirkstofftransport ins Auge

    Augenerkrankungen sind durch natürliche Faktoren wie der Blut-Augen-Barriere, Hornhaut oder dem Tränenfilm schwer zu behandeln. Helfen können dort polymerbasierte Nanopartikel u.a. aus Chitosan um den Wirkstofftransport zu verbessern. In diesem Artikel wollen wir Ihnen ein Review zu diesem Thema zusammenfassen.

  • Presseinformation mRNA-Wirkstoffe: Geschützt zur optimalen Wirkung

    Berlin, Halle, 16.03.2023: Seit Januar dieses Jahres wird im Projekt „Zielwirk“ eine neue Chitosan-Technologie zur effizienten Freisetzung von mRNA-Wirkstoffen entwickelt. Die Technologie soll dafür sorgen, dass Medikamente zur Behandlung schwerer Krankheiten besser vom Körper aufgenommen sowie verarbeitet werden können. Die beteiligten Projektpartner Heppe Medical Chitosan GmbH, FDX Fluid Dynamix GmbH, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) werden dabei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über drei Jahre mit sechs Millionen Euro gefördert.

  • Katja Richter im wissenschaftlichen Komitee der EUCHIS Konferenz 2023

    Wir freuen uns sehr zu verkünden, dass Katja Richter, CEO der Heppe Medical Chitosan GmbH, in das wissenschaftliche Komitee der EUCHIS 2023 berufen wurde. Die EUCHIS 2023, die internationale Konferenz der Europäischen Chitin-Gesellschaft (EUCHIS 2023) und die 15. Internationale Konferenz über Chitin und Chitosan (15. ICCC) wird vom 11. bis 14. September 2023 in Siglufjörður, Island, stattfinden.

  • HMC bei der ESAO Winterschool 2023 in Lutherstadt Wittenberg

    Vom 15.02. bis 18.02.2023 findet in Lutherstadt Wittenberg die ESAO Winterschool 2023 statt. Organisiert wird die Winterschool vom Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) sowie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Neben Experten und Expertinnen aus der Wissenschaft, werden wir, die Heppe Medical Chitosan GmbH, ebenfalls vertreten sein.

  • Arginin-Chitosan Nanopartikel für siRNA Transport

    Small interfering RNAs (siRNAs) können als in Gentherapien für z.B. Krebserkrankungen wie Leukämie genutzt werden. Allerdings ist die Anwendung dieser durch einen fehlenden, effizienten Wirkstofftransport limitiert. In der vorgestellten Studie wurde daher Chitosan mit Arginin zu Nanopartikeln funktionalisiert, mit siRNA beladen und deren Eigenschaften als siRNA-Vektor untersucht.

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