Development of DODAC-B:MO:DC-Chol lipoplexes as a novel non-viral method for transfection

Abstract

One of the promising strategies concerning molecular therapy is gene therapy. By delivering genes for therapeutic purposes, we may treat both acquired and inherited genetic diseases. Non-viral vectors appear as a safer method of gene delivery into the cell, although not as efficient as viral vectors. Cationic lipids are an example of non-viral methods that have been thoroughly researched in the past few years as an effective tool to promote effective transfection of genetic material. This project was focused on the development and characterization of lipoplexes based on dioctadecyldimethylammonium bromide/ chloride (DODAB/C): 1- monooleoyl-rac-glycerol (MO) liposomes with the inclusion of a cholesterol derivative 3β [N-(N’,N’- dimethylaminoethane)carbamoyl cholesterol (DC-Chol) for transfection. Monoolein (MO) is a neutral lipid that seems to function well as a helper lipid since it affects the physicochemical properties of the lipoplexes and interferes with lipoplexcell interactions. The physicochemical characteristics of DODAB/MO cationic liposomes were previously studied and their transfection capacity evaluated (Neves Silva et al, 2012). The results show a successful mediation of in vitro cell transfection by the DODAB:MO formulations. DC-Chol is a synthetic cationic molecule derivate from cholesterol. It has been used before in lipoplex assemblies in order to enhance transfection efficiency. The results in this project show that the counterion exchange (bromide and chloride) has a significant effect in terms of particle size and Zeta potential. Furthermore, the liposome preparation method affects the physico-chemical properties of the particles, as well as the citotoxixity and transfection efficiency. The inclusion of DC-Chol has different effects on transfection efficiency and citotoxicity when included in DODAB:MO or DODAC:MO lipoplexes, depending on the molar ratio and on the preparation method of the liposomes. Overall, DODAC:MO:DC-Chol lipoplexes arise as promising non-viral vectors for transfection.

A terapia génica é uma das estratégias promissoras no que diz respeito à terapia molecular. Ao entregar às células e tecidos genes para fins terapêuticos, tanto doenças genéticas herdadas como adquiridas podem ser tratadas. Os vectores não virais aparecem como um método mais seguro de entrega de genes no interior das células, apesar de não serem tão eficazes como os vectores virais. Os lípidos catiónicos são um exemplo de métodos não virais que têm sido exaustivamente investigados nos últimos anos como meio capaz de realizar uma transfeção eficaz do material genético. Neste projecto, focou-se no desenvolvimento e caracterização de lipoplexos baseados em lipossomas catiónicos de Brometo/Cloreto de Dioctadecildimetilamónio (DODAB/C): Monooleína (MO) e com a inclusão um derivado de colesterol (DC-Chol), a fim de testar a sua eficácia de transfecão. A monooleína (MO) é um lípido neutro que parece funcionar bem como lípido auxiliar, uma vez que afeta as propriedades físicoquímicas dos lipoplexos e interfere com as interações lipoplexo-célula. As características físico-químicas dos lipossomas catiónicos DODAB:MO foram previamente estudadas e a capacidade de promover transfecção de lipoplexos preparados a partir destes lipossomas foi demonstrada (Neves Silva et al., 2012). Os resultados deste estudo revelaram sucesso na transfeção in vitro de células mediada pelas formulações testadas de DODAB:MO. O DC-Chol é uma molécula catiónica sintética derivada do colesterol. Esta molécula é muitas vezes utilizada em composições liposómicas utilizadas para produzir lipoplexos a fim de aumentar a eficiência de transfeção dos mesmos. Os resultados mostram que a troca de contra ião (brometo e cloreto) tem um efeito significativo em termos de tamanho médio e do potêncial ζ das partículas. Além disso, o método de preparação dos lipossomas também afecta as propriedades físicoquímicas das partículas, bem como a sua eficiência de transfeção e citotoxicidade. A inclusão de DC-Chol tem efeitos diferentes sobre a citotoxicidade e a eficiência de transfeção quando incluídos em lipoplexos DODAB:MO e DODAC:MO, dependendo da fração molar incluída e do método de preparação dos lipossomas. Em geral, os lipoplexos DODAC:MO:DC-Chol surgem como promissores vetores não virais para transfeção in vitro.