Περίληψη
Η ραγδαία εξέλιξη στην επιστήμη της μοριακής βιολογίας και της γενετικής μηχανικής έχουν καταστήσει τη γονιδιακή θεραπεία ως μια καινοτόμο και ελπιδοφόρα θεραπευτική προσέγγιση, για την αντιμετώπιση διαφόρων νόσων και δυσλειτουργιών που έχουν γενετική βάση, ακόμα και σε επίπεδο εξατομικευμένης θεραπείας. Συνοπτικά, ως γονιδιακή θεραπεία ορίζεται η διαδικασία με την οποία μια νόσος μπορεί να θεραπευτεί με γενετική τροποποίηση των κυττάρων ενός ασθενούς και στηρίζεται στην εισαγωγή εξωγενών γενετικών αλληλουχιών, σε κύτταρα με σκοπό την αποκατάσταση της φυσιολογικής τους λειτουργίας. Η επιτυχής εφαρμογή των θεραπευτικών δυνατοτήτων που προσφέρει η γονιδιακή θεραπεία, απαιτεί την επιλογή του κατάλληλου γενετικού παράγοντα και τη χρήση ενός αποτελεσματικού συστήματος-φορέα που θα τον μεταφέρει στα επιθυμητά κύτταρα-στόχους. Τα συστήματα μεταφοράς που χρησιμοποιούνται σήμερα στη γονιδιακή θεραπεία διαχωρίζονται σε δυο κύριες κατηγορίες, στους ιικούς φορείς (viral vectors) και στους μη ιικού ...
Η ραγδαία εξέλιξη στην επιστήμη της μοριακής βιολογίας και της γενετικής μηχανικής έχουν καταστήσει τη γονιδιακή θεραπεία ως μια καινοτόμο και ελπιδοφόρα θεραπευτική προσέγγιση, για την αντιμετώπιση διαφόρων νόσων και δυσλειτουργιών που έχουν γενετική βάση, ακόμα και σε επίπεδο εξατομικευμένης θεραπείας. Συνοπτικά, ως γονιδιακή θεραπεία ορίζεται η διαδικασία με την οποία μια νόσος μπορεί να θεραπευτεί με γενετική τροποποίηση των κυττάρων ενός ασθενούς και στηρίζεται στην εισαγωγή εξωγενών γενετικών αλληλουχιών, σε κύτταρα με σκοπό την αποκατάσταση της φυσιολογικής τους λειτουργίας. Η επιτυχής εφαρμογή των θεραπευτικών δυνατοτήτων που προσφέρει η γονιδιακή θεραπεία, απαιτεί την επιλογή του κατάλληλου γενετικού παράγοντα και τη χρήση ενός αποτελεσματικού συστήματος-φορέα που θα τον μεταφέρει στα επιθυμητά κύτταρα-στόχους. Τα συστήματα μεταφοράς που χρησιμοποιούνται σήμερα στη γονιδιακή θεραπεία διαχωρίζονται σε δυο κύριες κατηγορίες, στους ιικούς φορείς (viral vectors) και στους μη ιικούς φορείς (non-viral vectors). Οι ιικοί φορείς (αδενοϊοί, ρετροϊοί, ερπητοϊοί, κ.α.) αποτελούν τη πρώτη μεγάλη κατηγορία γονιδιακών οχημάτων και λόγω του υψηλού θεραπευτικού τους αποτελέσματος, συναντώνται συχνά στην πλειοψηφία των κλινικών δοκιμών γονιδιακής θεραπείας. Ωστόσο, παρά την υψηλή τους αποτελεσματικότητα, η χρήση των ιικών φορέων για γονιδιακή μεταφορά ενέχει ορισμένους περιορισμούς, ιδιαίτερα ως προς την ασφάλειά τους. Η πρόκληση ανοσολογικών αντιδράσεων και κυτταροτοξικότητας, ο κίνδυνος μόλυνσης από παθογόνο ιό, η εισχωρητική μεταλλαξιογένεση και η πιθανή ογκογενετική δραστηριότητα, αποτελούν ορισμένους από αυτούς. Οι παραπάνω περιορισμοί έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη ασφαλέστερων μεθόδων γονιδιακής μεταφοράς, συμπεριλαμβανομένων των μη ιικών συστημάτων μεταφοράς που βασίζονται σε καινοτόμα νανοϋλικά.Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη της Νανοτεχνολογίας στον τομέα της ιατρικής (Νανοϊατρική) και της φαρμακευτικής (Φαρμακευτική Νανοτεχνολογία) έχει συμβάλει στη δημιουργία καινοτόμων και πολυλειτουργικών τεχνολογικών πλατφορμών σε μοριακό επίπεδο νανοκλίμακας, για μια πληθώρα θεραπευτικών εφαρμογών. Ανάμεσα σε αυτές, αξιοσημείωτη είναι η συμβολή της Νανοτεχνολογίας και στις εφαρμογές της γονιδιακής θεραπείας, μέσω της ανάπτυξης αποτελεσματικών μη ιικών νανοφορέων για τη μεταφορά ποικίλων τύπων νουκλεϊκών οξέων στα κατάλληλα κύτταρα-στόχους. Επίσης, η πολυλειτουργικοτήτα των νανοφορέων αυτών καθιστά δυνατή την ταυτόχρονη συγχορήγηση τόσο νουκλεϊκών οξέων όσο και άλλων θεραπευτικών παραγόντων, παρέχοντας τη δυνατότητα για μια συνδυαστική και στοχευμένη θεραπεία. Οι μη ιικοί φορείς-οχήματα γονιδιακής θεραπείας αποτελούνται από διαφόρου τύπου νανοδομές, όπως κατιοντικά πολυμερή, κατιοντικά λιπίδια, πεπτίδια, ανόργανα νανοσωματίδια, όπως νανοσωματίδια χρυσού, νανοσωματίδια πυριτίου, κβαντικές τελείες και νανοσωλήνες άνθρακα, κ.α. Ιδιαίτερα, νανοδομές αποτελούμενες από κατιοντικά λιπίδια και κατιοντικά πολυμερή έχουν διερευνηθεί περισσότερο και έχουν εξετασθεί σε προκλινικές και κλινικές δοκιμές, παρουσιάζοντας αξιοσημείωτα θεραπευτικά αποτελέσματα. Ακόμα, μια σύγχρονη προσέγγιση που αναμένεται να αναβαθμίσει τη λειτουργικότητα και να ενισχύσει την θεραπευτική αποτελεσματικότητα των μη ιικών νανοφορέων είναι ο συνδυασμός διαφορετικής φύσης υλικών. Ο συνδυασμός μεταξύ των υλικών, όπως για παράδειγμα πολυμερών και λιπιδίων μπορεί να αλλάξει τις επιμέρους ιδιότητές τους και να δημιουργήσει υβριδικές νανοδομές με νέα βελτιωμένα χαρακτηριστικά. Στα πλαίσια αυτά, η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τον ορθολογικό σχεδιασμό και την ανάπτυξη καινοτόμων νανοτεχνολογικών πλατφορμών ικανών να μεταφέρουν νουκλεϊκά οξέα, με προοπτική την εφαρμογή τους ως μη ιικούς φορείς για μεθόδους γονιδιακής θεραπείας. Οι νανοτεχνολογικές πλατφόρμες που αναπτύχθηκαν αποτελούνται κυρίως από πολυμερικά βιοϋλικά, καθώς και συμπολυμερή συνδυασμένα με λιπίδια για τη δημιουργία υβριδικών/χιμαιρικών πολυλειτουργικών νανοφορέων. Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε η σύνθεση καινοτόμων συμπολυμερών με διαφορετικές αρχιτεκτονικές και μοριακά χαρακτηριστικά, με τη χρήση του ελεγχόμενου ριζικού πολυμερισμού αντιστρεπτής προσθήκης-μεταφοράς αλυσίδας με απόσπαση (RAFT polymerization). Οι διάφοροι τύποι συμπολυμερών που έχουν συντεθεί περιλαμβάνουν τα αμφίφιλα δισυσταδικά συμπολυμερή του τύπου πολυ(μεθακρυλικός εστέρας της διμεθυλοαμινοαιθανόλης)–b–πολυ(μεθακρυλικός εστέρας της δωδεκανόλης) (PDMAEMA-b-PLMA), τα διυδρόφιλα τυχαία συμπολυμερή του τύπου πολυ(μεθακρυλικός εστέρας της διμεθυλοαμινοαιθανόλης–co–μεθακρυλικός εστέρας της ολιγοαιθυλενογλυκόλης) P(DMAEMA-co-OEGMA) και τέλος το αμφίφιλο τυχαίο συμπολυμερές του τύπου πολυ(μεθακρυλικός εστέρας της δεκαοκτανόλης–co–μεθακρυλικός εστέρας της ολιγοαιθυλενογλυκόλης) P(SMA-co-OEGMA). Τα συντιθέμενα συμπολυμερή αποτελούνται από βιοσυμβατά, με απόκριση σε ερεθίσματα (stimuli-responsive) σύμφωνα με τη βιβλιογραφία πολυμερή, πολυμερή που φέρουν λειτουργικές κατιοντικές ομάδες καθώς και πολυμερή ικανά να προσφέρουν ιδιότητες ανοσοαπόκρυψης (stealth properties) και ιδιότητες απόκρυψης φορτίων (shielding effect). Στη συνέχεια, ακολούθησε ο μοριακός τους χαρακτηρισμός με τεχνικές ενόργανης ανάλυσης που περιλαμβάνουν τη χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών (SEC), τη φασματοσκοπία μαγνητικού πυρηνικού συντονισμού πρωτονίου (1H-NMR) και τη φασματοσκοπία υπερύθρου μετασχηματισμού Fourier με αποσβένουσα ολική ανάκλαση (ATR-FTIR). Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε η χημική τροποποίηση των συμπολυμερών που απαρτίζονται από τη συστάδα/τμήμα (P)DMAEMA, μέσω της τεταρτοταγοποίησης της τριτοταγούς αμινομάδας του (P)DMAEMA σε τεταρτοταγή άλατα αμμωνίου Q(P)DMAEMA, μετατρέποντας τα συμπολυμερή σε ισχυρούς κατιοντικούς πολυηλεκτρολύτες που φέρουν μόνιμο θετικό φορτίο. Συνεπώς, με αυτό τον τρόπο έχουν συντεθεί τα τεταρτοταγοποιημένα παράγωγα των πρόδρομων συμπολυμερών, τα οποία περιλαμβάνουν τους αμφίφιλους κατιοντικούς πολυηλεκτρολύτες QPDMAEMA-b-PLMA και τους τυχαίας αρχιτεκτονικής διυδρόφιλους κατιοντικούς πολυηλεκτρολύτες P(QDMAEMA-co-OEGMA). Το μόνιμο θετικό φορτίο καθιστά τους κατιοντικούς πολυηλεκτρολύτες ικανούς να συνδέονται ισχυρότερα με τα νουκλεϊκά οξέα. Συνολικά, όλες οι τεχνικές χαρακτηρισμού κατέδειξαν την επιτυχή σύνθεση και τροποποίηση των συμπολυμερών, ενώ προσδιορίστηκαν τα επιθυμητά μοριακά χαρακτηριστικά που βρίσκονται σε συμφωνία με αυτά του πειραματικού σχεδιασμού. Μετά τις διαδικασίες σύνθεσης και χαρακτηρισμού των συμπολυμερών, ακολούθησε η μελέτη της αυτο-οργάνωσής τους σε νανοδομές, όπως μικκύλια ή πολυμερικά συσσωματώματα, όταν βρεθούν σε υδατικό περιβάλλον. Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των πολυμερικών νανοφορέων προσδιορίστηκαν με τη χρήση τεχνικών σκέδασης φωτός, συμπεριλαμβανομένων της δυναμικής (DLS), της στατικής (SLS) και της ηλεκτροφορητικής (ELS). Συγκεκριμένα, μέσω της DLS προσδιορίστηκε το μέγεθος (υδροδυναμική ακτίνα (Rh)), η κατανομή μεγεθών και ο δείκτης πολυδιασποράς μεγέθους (PDI), μέσω της SLS προσδιορίστηκε η γυροσκοπική ακτίνα (Rg) και εκτιμήθηκε ο λόγος Rg/Rh προσφέροντας πληροφορίες για τη μορφολογία των σχηματιζόμενων νανοδομών και τέλος μέσω της ELS προσδιορίστηκε το ζ-δυναμικό τους. Επίσης, οι πολυμερικοί νανοφορείς εξετάστηκαν ως προς την πιθανή κυτταροτοξική τους δράση σε πρότυπα κυτταρικών σειρών, φυσιολογικών (HEK293) και καρκινικών κυττάρων (4T1, MCF-7, MDA-MB-231 και Τ47D) καρκίνου του μαστού. Το ποσοστό της βιωσιμότητας των κυττάρων εκτιμήθηκε με τη μέθοδο MTS.Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη καινοτόμων χιμαιρικών/υβριδικών νανοσυστημάτων αποτελούμενων από συμπολυμερή και λιπίδια, ως μια νέα νανοτεχνολογική πλατφόρμα για τη μεταφορά νουκλεϊκών οξέων. Για τη παρασκευή τους, χρησιμοποιήθηκαν το συντιθέμενο μέσω του πολυμερισμού RAFT αμφίφιλο τυχαίο συμπολυμερές P(SMA-co-OEGMA), το κατιονικό λιπίδιο DOTAP (1,2- dioleoyl-3-(trimethylammonium) propane) καθώς και το μη ιονικό φωσφολιπίδιο HSPC (hydrogenated soybean L-α-phosphatidylcholine). Τα χιμαιρικά νανοσυστήματα παρασκευάσθηκαν με τη μέθοδο της ενυδάτωσης του λεπτού λιπιδικού υμενίου, σε διαφορετικές μοριακές αναλογίες λιπιδίων και συμπολυμερούς. Επίσης, με την ίδια μέθοδο παρασκευάσθηκαν και αμιγή/συμβατικά λιποσώματα HSPC:DOTAP, σε διαφορετικές μοριακές αναλογίες λιπιδίων, για τη σύγκρισή τους με τα χιμαιρικά νανοσυστήματα, ως προς την επίδραση του συμπολυμερούς στα χαρακτηριστικά των σχηματιζόμενων νανοδομών. Τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των χιμαιρικών και αμιγών λιποσωμιακών νανοσυστημάτων προσδιορίστηκαν μέσω των τεχνικών σκέδασης φωτός (DLS, SLS, ELS). Τα πολυμερικά και τα χιμαιρικά/αμιγή λιποσωμιακά νανοσυστήματα που αναπτύχθηκαν, εξετάστηκαν για την ικανότητά τους να αλληλεπιδρούν ηλεκτροστατικά και να σχηματίζουν σύμπλοκα με νουκλεϊκά οξέα. Συγκεκριμένα, για τις μελέτες αυτές χρησιμοποιήθηκαν πρότυπα δίκλωνα γραμμικά μόρια DNA με διαφορετικό αριθμό ζεύγους βάσεων. Η ικανότητα αλληλεπίδρασης των νανοσυστημάτων και ο σχηματισμός συμπλόκων με τα μόρια DNA αξιολογήθηκαν μέσω μιας ποικιλίας τεχνικών ενόργανης ανάλυσης προκειμένου να διερευνηθούν διεξοδικά τα φυσικοχημικά και μορφολογικά τους χαρακτηριστικά. Οι τεχνικές αυτές περιλαμβάνουν τη φασματοσκοπία φθορισμού μελετώντας την απόσβεση του βρωμιούχου αιθιδίου, τη φασματοσκοπία υπεριώδους-ορατού (UV-Vis), τις τεχνικές σκέδασης φωτός (DLS, SLS, ELS) και την κρυογονική ηλεκτρονική μικροσκοπία διέλευσης (Cryo-TEM). Οι τεχνικές κατέδειξαν την επιτυχή αλληλεπίδραση των νανοσυστημάτων με τα μόρια DNA καθώς και τον σχηματισμό νανοσκοπικών και κολλοειδώς σταθερών συμπλόκων με καλά καθορισμένα φυσικοχημικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά. Επιπρόσθετα, μέσω της δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS) εξετάστηκε η επίδραση της ιοντικής ισχύος στη σταθερότητα και τα φυσικοχημικά χαρακτηριστικά των συμπλόκων, ως μια προκαταρκτική προσομοίωση των φυσιολογικών συνθηκών των βιολογικών υγρών. Στη πλειοψηφία τους, τα σύμπλοκα επέδειξαν κολλοειδή σταθερότητα υπό φυσιολογική ιοντική ισχύ.Εν κατακλείδι, σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν διαφορετικά είδη νανοτεχνολογικών πλατφορμών, συμπεριλαμβανομένων πολυμερικών (όπως μικκύλια, πολυμερικά συσσωματώματα), λιποσωμιακών και χιμαιρικών/υβριδικών νανοσυστημάτων. Τα νανοσυστήματα αξιολογήθηκαν για την ικανότητα τους να αλληλεπιδρούν με DNA και να σχηματίζουν σύμπλοκα. Τα συστατικά από τα οποία αποτελείται το κάθε σύστημα επιλέχθηκαν με γνώμονα τη βελτίωση των χαρακτηριστικών και της αποτελεσματικότητάς τους για τη χρήση τους ως μη ιικούς νανοφορείς νουκλεϊκών οξέων. Η συνέργεια μεταξύ των διαφορετικών υλικών σε διαστάσεις της νανοκλίμακας αναμένεται να οδηγήσει στη δημιουργία πολυλειτουργικών νανοφορέων, ικανών να μεταφέρουν αποτελεσματικά νουκλεϊκά οξέα και άλλους θεραπευτικούς παράγοντες σε μια ενιαία πλατφόρμα, λειτουργώντας ως ενισχυμένα θεραπευτικά εργαλεία με στόχο την ανάπτυξη προηγμένων φαρμακευτικών προϊόντων γονιδιακής θεραπείας.
περισσότερα
Περίληψη σε άλλη γλώσσα
The rapid advancements in the fields of molecular biology and genetic engineering have emerged gene therapy as an innovative and promising therapeutic approach, for the treatment of several genetic-based diseases and dysfunctions, even at the level of personalized medicine. Briefly, gene therapy is defined as the process by which a disease can be treated by modifying a patient’s cells and relies on the insertion of exogenous genetic sequences into mammalian cells, aiming to restore their normal function. The successful implementation of gene therapy treatment options requires the selection of the appropriate genetic material and the utilization of an efficient gene delivery system to deliver it to the desired target cells. The delivery systems currently used in gene therapy are divided into two main categories: viral vectors and non-viral vectors. Viral vectors (adenoviruses, retroviruses, herpesviruses, etc.) represent the first major category of gene delivery vectors and, due to thei ...
The rapid advancements in the fields of molecular biology and genetic engineering have emerged gene therapy as an innovative and promising therapeutic approach, for the treatment of several genetic-based diseases and dysfunctions, even at the level of personalized medicine. Briefly, gene therapy is defined as the process by which a disease can be treated by modifying a patient’s cells and relies on the insertion of exogenous genetic sequences into mammalian cells, aiming to restore their normal function. The successful implementation of gene therapy treatment options requires the selection of the appropriate genetic material and the utilization of an efficient gene delivery system to deliver it to the desired target cells. The delivery systems currently used in gene therapy are divided into two main categories: viral vectors and non-viral vectors. Viral vectors (adenoviruses, retroviruses, herpesviruses, etc.) represent the first major category of gene delivery vectors and, due to their high therapeutic efficacy, are frequently encountered in the majority of clinical gene therapy trials. However, despite their high efficiency, the use of viral vectors for gene delivery poses certain limitations, particularly regarding their safety. The induction of immune responses and cytotoxicity, the risk of infection by pathogenic viruses, insertional mutagenesis, and potential oncogenic activity are some of these concerns. These limitations have led to the development of safer gene delivery methods, including non-viral delivery systems based on innovative nanomaterials. Over the last years, the evolution of Nanotechnology in the fields of medicine (Nanomedicine) and pharmaceutics (Pharmaceutical Nanotechnology) has contributed to the fabrication of innovative and multifunctional technological platforms at the nanoscale for a plethora of therapeutic applications. Among these, the contribution of nanotechnology to gene therapy applications is significant, with the development of effective non-viral nanocarriers for the delivery of various types of nucleic acids to the appropriate target cells. Furthermore, the multifunctionality of these nanocarriers facilitates the simultaneous co-administration of nucleic acids and other therapeutic compounds, providing the potential for combinational and targeted therapy. Non-viral gene therapy vectors include various types of nanostructures such as cationic polymers, cationic lipids, peptides and inorganic nanoparticles as gold nanoparticles, silica nanoparticles, quantum dots, carbon nanotubes, etc. In particular, nanostructures composed of cationic lipids and cationic polymers have been further investigated and examined in preclinical and clinical trials, demonstrating remarkable therapeutic results. Moreover, a novel approach which is expected to upgrade the functionality and enhance the therapeutic efficacy of non-viral nanocarriers is the combination of different types of materials. The combination among different materials, such as polymers and lipids, can modify their individual properties and generate hybrid nanostructures with new and improved features. In this regard, this PhD thesis focuses on the rational design and development of innovative nanotechnological platforms capable of delivering nucleic acids, with the prospect of their implementation as non-viral carriers for gene therapy applications. The developed nanotechnological platforms are mainly consisted of polymeric biomaterials, as well as copolymers combined with lipids to generate hybrid/chimeric multifunctional nanocarriers. Reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization was employed to synthesize novel copolymers, with different architectures and molecular characteristics. The synthesized copolymers include the poly(2-(dimethylamino) ethyl methacrylate)-b-poly(lauryl methacrylate) (PDMAEMA-b-PLMA) amphiphilic block copolymers, the poly[(2-(dimethylamino) ethyl methacrylate)-co-(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] [P(DMAEMA-co-OEGMA)] double hydrophilic random copolymers and the poly[(stearyl methacrylate-co-oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate] [P(SMA-co-OEGMA)] amphiphilic random copolymer. The copolymers consist of biocompatible, stimuli-responsive polymers according to the literature, polymers with functional cationic groups and polymers with stealth and shielding properties. The copolymers were molecularly characterized by means of size exclusion chromatography (SEC), proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR) and attenuated total reflectance Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR). Furthermore, the copolymers comprised of the (P)DMAEMA block/segment were chemically modified via the quaternization of the tertiary amine group of (P)DMAEMA to quaternary ammonium salt. Hence, the copolymers were transformed to strong cationic polyelectrolytes with the quaternized Q(P)DMAEMA block/segment carrying a permanent positive charge, capable of exhibiting higher binding affinity to nucleic acids. The quaternized derivatives οf the precursor copolymers include the QPDMAEMA-b-PLMA amphiphilic cationic polyelectrolytes and the P(QDMAEMA-co-OEGMA) double hydrophilic random cationic polyelectrolytes. Overall, the implemented techniques revealed the successful synthesis and modification of the copolymers. Moreover, the determined molecular characteristics are in agreement with those of the experimental design. Following the synthesis and characterization procedures, the ability of the copolymers to self-assemble in aqueous media forming nanostructures like micelles or polymeric aggregates was examined. The physicochemical characteristics of the polymeric nanocarriers were determined by light scattering techniques, including dynamic (DLS), static (SLS) and electrophoretic (ELS). In particular, the size (hydrodynamic radius, (Rh)), size distribution and size polydispersity index (PDI) were determined by DLS, the radius of gyration (Rg) was determined by SLS in order to estimate the Rg/Rh ratio, which provides information on the morphology of the formed nanostructures, and the zeta-potential (ζp) was determined by ELS. Furthermore, the polymeric nanocarriers were assessed for their potential cytotoxicity effect on human normal cell line (HEK293) and breast cancer cell lines (4T1, MCF-7, MDA-MB-231, and T47D). The cell viability was evaluated by the MTS assay. Novel hybrid/chimeric nanosystems composed of lipids and copolymers were also developed as nanotechnological platforms for nucleic acid delivery. For their preparation, the synthesized via RAFT polymerization amphiphilic random copolymer P(SMA-co-OEGMA), the cationic 1,2-dioleoyl-3-(trimethylammonium) propane (DOTAP), and the non-ionic/zwitterionic L-α-phosphatidylcholine, hydrogenated soybean (soy) (HSPC) lipids, were utilized. The chimeric nanosystems were prepared by the thin film hydration method, in different lipid and copolymer molar ratio. Moreover, pure/conventional HSPC:DOTAP liposomes, in different lipid molar ratios, were also prepared using the same method for their comparison with the chimeric nanosystems regarding the effect of the copolymer on the characteristics of the formed nanostructures. The physicochemical characteristics of the chimeric and pure liposomal formulations were determined by light scattering techniques (DLS, SLS, ELS).The developed polymeric and chimeric/pure liposomal nanosystems were explored for their ability to electrostatically interact and form complexes with nucleic acids. Particularly, model double-stranded linear DNA molecules with different number of base pairs were utilized for these studies. The interaction ability of the nanosystems and the formed complexes with the DNA molecules were investigated using a gamut of instrumental analysis techniques, in order to comprehensively study their physicochemical and morphological characteristics. The implemented techniques include fluorescence spectroscopy (FS) (using the ethidium bromide quenching assay), Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopy, light scattering techniques (DLS, SLS, ELS), and cryogenic transmission electron microscopy (Cryo-TEM). The techniques evinced the successful interaction of the nanosystems with the DNA molecules, and the formation of nanosized and colloidally stable complexes with well-defined physicochemical and morphological characteristics. Additionally, the effect of ionic strength on the stability and physicochemical characteristics of the complexes was examined by dynamic light scattering (DLS), as preliminary simulation of the physiological conditions of biological fluids. In most cases, the complexes exhibited colloidal stability under physiological ionic strength. In conclusion, different types of nanotechnological platforms were designed and developed, including polymeric (such as micelles, polymeric aggregates), liposomal and chimeric/hybrid nanosystems. The nanosystems were evaluated for their ability to interact with DNA, forming complexes. The components of each nanosystem were selected with the aim of improving their features and effectiveness for their implementation as non-viral vectors for nucleic acid delivery. The synergistic effect between different materials at the nanoscale can lead to the generation of multifunctional nanocarriers capable of effectively delivering effectively nucleic acids and other therapeutic compounds in one single platform, serving as advanced therapeutic tools for the development of advanced therapy medicinal products for gene therapy.
περισσότερα