Formação de poliplexos a partir de DNA e polietilenoimina modificada com lactose, maltose e manose

Abstract

A terapia genética atua na inserção de genes em células que possuem material genético defeituoso com o objetivo de impedir a reprodução da célula e inserir um código genético saudável. Essa inserção acontece através de agentes carregadores virais e não virais, sendo os não-virais de grande interesse no campo de pesquisa para entrega de genes por presentarem estabilidade e baixa citotoxicidade como a polietilenoimina (PEI), que pode ser modificada com outras moléculas para ampliar seu desempenho na transfecção de material genético. Diante disso, a PEI foi modificada com lactose, maltose e manose por meio de adição nucleofílica de amina primária em aldeído e a caracterização dos polímeros modificados foi feita por RMN 1H e FTIR comprovando um grau de substituição de 13% para PEI-Lac e PEI-Mal e 18% para a PEI-Man. A espectrofotometria de UV-Vis, viscosimetria capilar, espalhamento de luz dinâmico (DLS) e emissão de fluorescência do SYBR Green I foram as técnicas utilizadas para estudar a complexação do DNA pelas PEIs modificadas. As análises realizadas comprovaram três etapas de formação dos poliplexos: (1) baixas concentrações de PEI resultaram na condensação parcial das cadeias de DNA que permaneceram parcialmente expostas ao solvente; (2) formação do complexo coacervado apresentando potencial ζ igual a zero em que as cadeias de DNA foram completamente condensadas; e (3) quantidades maiores de PEI levaram à formação de poliplexos carregados positivamente resultando em complexos com diâmetros abaixo de 100 nm, correspondendo ao tamanho necessário para aplicação na terapia genética.

Gene therapy involves inserting genes into cells that have defective genetic material in order to prevent cell reproduction and insert a healthy genetic code. This insertion occurs through viral and non-viral carrier agents, with non-viral agents being of great interest in the field of gene delivery research because they are stable and have low cytotoxicity, such as polyethyleneimine (PEI), which can be modified with other molecules to enhance its performance in transfecting genetic material. Therefore, PEI was modified with lactose, maltose and mannose by means of nucleophilic addition of primary amine to aldehyde, and the modified polymers were characterized by 1H NMR and FTIR, demonstrating a degree of substitution of 13% for PEI-Lac and PEI-Mal and 18% for PEI-Man. UV-Vis spectrophotometry, capillary viscometry, dynamic light scattering (DLS) and SYBR Green I fluorescence emission were the techniques used to study DNA complexation by modified PEIs. The analyses performed demonstrated three stages of polyplex formation: (1) low concentrations of PEI resulted in partial condensation of DNA strands that remained partially exposed to the solvent; (2) formation of a coacervate complex with a ζ potential equal to zero in which the DNA strands were completely condensed; and (3) higher amounts of PEI led to the formation of positively charged polyplexes resulting in complexes with diameters below 100 nm, corresponding to the size required for application in gene therapy.