Non-viral gene delivery vectors based on new unsymmetrical bolaamphiphiles
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Abstract EN:
The success in gene therapy relies strongly on new efficient gene delivery vectors. Non-viral vectors are highly attractive, since they can deliver large quantities of genetic information and are low immunogenic. In this respect, unsymmetrical bolaamphiphiles (bolas) bearing two different hydrophilic head-groups connected by a hydrophobic spacer could be an attractive alternative for vector design, as they can form well-defined supramolecular nanostructures (nanovesicles and nanotubes) that are more stable than those formed with lipids. The aim of the present work was to develop new gene delivery vectors based on bolas capable to form such nanostructures hosting a DNA molecule and exposing at their external surface neutral ligands. For this purpose, a variety of bolas, bearing cationic and neutral groups connected by a hydrophobic spacer, were obtained by multi-step organic synthesis. Their characterization by different instrumental techniques suggested that the nature of the head groups as well as the hydrophobic spacer defines the bola self-assembly, their interaction with DNA and the morphology of their complexes (bolaplexes). While the first two generations of bolas lack the essential features of nonviral vectors, the final third generation was found highly promising. The latter showed a strong interaction with DNA, the formation of small bolaplexes and good transfection efficiency in different cell lines. The increase in transfection efficiency in presence of DOPE or chloroquine suggested that the key barrier for their internalization could be the lipid fusion and the endosomal escape. Some bolaplex formulations showed a transfection efficiency comparable to the best commercial transfection agents. Thus, the present work introduces a new class of efficient transfection agents based on unsymmetrical bolaamphiphiles.
Abstract FR:
Le succès de la thérapie génique repose sur la découverte de nouveaux et efficaces vecteurs de gènes. Les vecteurs non-viraux présentent un intérêt certain, car ils peuvent délivrer du matériel génétique en grande quantité et sont faiblement immunogéniques. Dans ce contexte, des molécules bolaamphiphiles dissymétriques (bolas) portant deux têtes polaires hydrophiles différentes reliées par un espaceur hydrophobe peuvent s’avérer être une alternative intéressante, car ils peuvent former des nano-structures supramoléculaires bien définies (nano-vésicules ou nanotubes) et plus stables que celles formées par des lipides. Le but du présent travail fût donc de développer de nouveaux vecteurs de transfection basés sur des bolas à même de former de telles nano-structures pouvant héberger une molécule d’ADN et exposer à leur surface externe des ligands neutres. Dans ce but, plusieurs types de bolas, portant des groupements cationiques et neutres reliés par un espaceur hydrophobe, ont été obtenus par synthèse organique multi-étapes. Leur caractérisation par différentes techniques démontre que la nature aussi bien des têtes polaires que de l’espaceur hydrophobe conditionne l’auto-assemblage des bolas, leur interaction avec l’ADN et la morphologie des complexes obtenus (bolaplexes). Les deux premières générations de bolas n’ont pas présentés les caractéristiques essentielles de bons vecteurs non-viraux. La troisième génération, au contraire, est apparue très prometteuse. Celle-ci montre une forte interaction avec l’ADN, la formation de bolaplexes de petites tailles et une bonne efficacité de transfection pour plusieurs lignées cellulaires. L’augmentation de l’efficacité de transfection en présence de DOPE ou de chloroquine suggère que l’étape essentielle pouvant limiter leur internalisation pourrait être leur fusion avec la membrane ou leur sortie des endosomes. Certaines formulations de bolaplexes présentent une efficacité comparable aux meilleurs agents de transfection commerciaux. Le présent travail introduit donc une nouvelle classe d’agents de transfection efficaces sur la base de bolaamphiphiles dissymétriques.