Name: predicting gene silencing through the spatiotemporal control of sirna release from photo-responsive polymeric nanocarriers
Uploaded: 2017-07-21T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Predicting Gene Silencing Through the Spatiotemporal Control of siRNA Release from Photo-responsive Polymeric Nanocarriers at JoVE.com

Gli autori ringraziano l&#39;Istituto Nazionale delle Scienze Mediche Generali degli Istituti Nazionali di Salute (NIH) per il sostegno finanziario attraverso un Premio di Sviluppo Istituzionale (IDeA) sotto il numero di sovvenzione P20GM103541 e il numero di sovvenzione P20GM10344615. Le affermazioni qui riportate non riflettono le opinioni del NIH. Riconosciamo inoltre l&#39;Associazione Delaware Biotechnology (DBI) e l&#39;Ufficio per lo Sviluppo economico di Delaware (DEDO) per il sostegno finanziario attraverso il Centro Bioscience per la tecnologia avanzata (Bioscience CAT) (12A00448).

1. Formulazione di siRNA Nanocarriers <ol><li> Preparare soluzioni separate di siRNA e mPEG- b- P (APNBMA) con volumi uguali diluiti in tampone di acido 4- (2-idrossietil) piperazina-1-etansolfonico (HEPES) di 20 mM a pH 6,0. <ol><li> Aggiungere siRNA ad una concentrazione di 32 μg / mL a 20 mM HEPES soluzione. NOTA: il siRNA era una sequenza negativa di controllo negativo non mirata; Tuttavia, il siRNA può essere progettato per indirizzare qualsiasi gene di interesse. </li><li> Scio...

<ol>
	<li>Forbes, D. C., Peppas, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oral+delivery+of+small+RNA+and+DNA.">Oral delivery of small RNA and DNA.</a> J Control Release. 162 (2), 438-445 (2012).</li><li>Davis, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+of+RNAi+in+humans+from+systemically+administered+siRNA+via+targeted+nanoparticles.">Evidence of RNAi in humans from systemically administered siRNA via targeted nanoparticles.</a> Nature. 464 (7291), 1067-1070 (2010).</li><li>Bouchie, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Companies+in+footrace+to+deliver+RNAi.">Companies in footrace to deliver RNAi.</a> Nat Biotechnol. 30 (12), 1154-1157 (2012).</li><li>Burke, P. A., Pun, S. H., Reineke, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advancing+Polymeric+Delivery+Systems+Amidst+a+Nucleic+Acid+Therapy+Renaissance.">Advancing Polymeric Delivery Systems Amidst a Nucleic Acid Therapy Renaissance.</a> ACS Macro Lett. 2 (10), 928-934 (2013).</li><li>Gooding, M., Browne, L. P., Quinteiro, F. M., Selwood, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=siRNA+Delivery:+From+Lipids+to+Cell-penetrating+Peptides+and+Their+Mimics.">siRNA Delivery: From Lipids to Cell-penetrating Peptides and Their Mimics.</a> Chem Biol Drug Des. 80 (6), 787-809 (2012).</li><li>Motta-Mena, L. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+optogenetic+gene+expression+system+with+rapid+activation+and+deactivation+kinetics.">An optogenetic gene expression system with rapid activation and deactivation kinetics.</a> Nat Chem Biol. 10 (3), 196-202 (2014).</li><li>Wang, X., Chen, X., Yang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+control+of+gene+expression+by+a+light-switchable+transgene+system.">Spatiotemporal control of gene expression by a light-switchable transgene system.</a> Nat Methods. 9 (3), 266-269 (2012).</li><li>Ziauddin, J., Sabatini, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microarrays+of+cells+expressing+defined+cDNAs.">Microarrays of cells expressing defined cDNAs.</a> Nature. 411 (6833), 107-110 (2001).</li><li>Saltzman, W. M., Olbricht, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Building+drug+delivery+into+tissue+engineering.">Building drug delivery into tissue engineering.</a> Nat Rev Drug Discov. 1 (3), 177-186 (2002).</li><li>Mura, S., Nicolas, J., Couvreur, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+nanocarriers+for+drug+delivery.">Stimuli-responsive nanocarriers for drug delivery.</a> Nat Mater. 12 (11), 991-1003 (2013).</li><li>Shim, M. S., Kwon, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+polymers+and+nanomaterials+for+gene+delivery+and+imaging+applications.">Stimuli-responsive polymers and nanomaterials for gene delivery and imaging applications.</a> Adv Drug Delivery Rev. 64 (11), 1046-1058 (2012).</li><li>Kelley, E. G., Albert, J. N. L., Sullivan, M. O., Epps, T. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimuli-responsive+copolymer+solution+and+surface+assemblies+for+biomedical+applications.">Stimuli-responsive copolymer solution and surface assemblies for biomedical applications.</a> Chem Soc Rev. 42 (17), 7057-7071 (2013).</li><li>Weber, W., Fussenegger, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+biomedical+applications+of+synthetic+biology.">Emerging biomedical applications of synthetic biology.</a> Nat Rev Genet. 13 (1), 21-35 (2012).</li><li>Konermann, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+control+of+mammalian+endogenous+transcription+and+epigenetic+states.">Optical control of mammalian endogenous transcription and epigenetic states.</a> Nature. 500 (7463), 472-476 (2013).</li><li>Shimizu-Sato, S., Huq, E., Tepperman, J. M., Quail, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+light-switchable+gene+promoter+system.">A light-switchable gene promoter system.</a> Nat Biotechnol. 20 (10), 1041-1044 (2002).</li><li>Huschka, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+Silencing+by+Gold+Nanoshell-Mediated+Delivery+and+Laser-Triggered+Release+of+Antisense+Oligonucleotide+and+siRNA.">Gene Silencing by Gold Nanoshell-Mediated Delivery and Laser-Triggered Release of Antisense Oligonucleotide and siRNA.</a> ACS Nano. 6 (9), 7681-7691 (2012).</li><li>Li, H. -. J., Wang, H. -. X., Sun, C. -. Y., Du, J. -. Z., Wang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shell-detachable+nanoparticles+based+on+a+light-responsive+amphiphile+for+enhanced+siRNA+delivery.">Shell-detachable nanoparticles based on a light-responsive amphiphile for enhanced siRNA delivery.</a> R Soc Chem Adv. 4 (4), 1961-1964 (2014).</li><li>Braun, G. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-Activated+Gene+Silencing+via+Gold+Nanoshell-siRNA+Conjugates.">Laser-Activated Gene Silencing via Gold Nanoshell-siRNA Conjugates.</a> ACS Nano. 3 (7), 2007-2015 (2009).</li><li>Gilleron, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-based+analysis+of+lipid+nanoparticle-mediated+siRNA+delivery,+intracellular+trafficking+and+endosomal+escape.">Image-based analysis of lipid nanoparticle-mediated siRNA delivery, intracellular trafficking and endosomal escape.</a> Nat Biotechnol. 31 (7), 638-646 (2013).</li><li>Wittrup, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualizing+lipid-formulated+siRNA+release+from+endosomes+and+target+gene+knockdown.">Visualizing lipid-formulated siRNA release from endosomes and target gene knockdown.</a> Nat Biotechnol. 33 (8), 870-876 (2015).</li><li>Roth, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+measurements+and+rational+materials+design+for+intracellular+delivery+of+oligonucleotides.">Quantitative measurements and rational materials design for intracellular delivery of oligonucleotides.</a> Biotechnol Prog. 24 (1), 23-28 (2008).</li><li>Mao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+polyethylene+glycol+chain+length+on+the+physicochemical+and+biological+properties+of+poly(ethylene+imine)-graft-poly(ethylene+glycol)+block+copolymer/SiRNA+polyplexes.">Influence of polyethylene glycol chain length on the physicochemical and biological properties of poly(ethylene imine)-graft-poly(ethylene glycol) block copolymer/SiRNA polyplexes.</a> Bioconjugate Chem. 17 (5), 1209-1218 (2006).</li><li>Raab, R. M., Stephanopoulos, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamics+of+gene+silencing+by+RNA+interference.">Dynamics of gene silencing by RNA interference.</a> Biotechnol Bioeng. 88 (1), 121-132 (2004).</li><li>Cuccato, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+RNA+interference+in+mammalian+cells.">Modeling RNA interference in mammalian cells.</a> BMC Systems Biology. 5, 1 (2011).</li><li>Varga, C. M., Hong, K., Lauffenburger, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+synthetic+gene+delivery+vector+design+properties.">Quantitative analysis of synthetic gene delivery vector design properties.</a> Mol Ther. 4 (5), 438-446 (2001).</li><li>Chen, H. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+comparison+of+intracellular+unpacking+kinetics+of+polyplexes+by+a+model+constructed+from+quantum+Dot-FRET.">Quantitative comparison of intracellular unpacking kinetics of polyplexes by a model constructed from quantum Dot-FRET.</a> Mol Ther. 16 (2), 324-332 (2008).</li><li>Bartlett, D. W., Davis, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insights+into+the+kinetics+of+siRNA-mediated+gene+silencing+from+live-cell+and+live-animal+bioluminescent+imaging.">Insights into the kinetics of siRNA-mediated gene silencing from live-cell and live-animal bioluminescent imaging.</a> Nucleic Acids Res. 34 (1), 322-333 (2006).</li><li>Foster, A. A., Greco, C. T., Green, M. D., Epps, T. H., Sullivan, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-Mediated+Activation+of+siRNA+Release+in+Diblock+Copolymer+Assemblies+for+Controlled+Gene+Silencing.">Light-Mediated Activation of siRNA Release in Diblock Copolymer Assemblies for Controlled Gene Silencing.</a> Adv Healthc Mater. 4 (5), 760-770 (2015).</li><li>Greco, C. T., Epps, T. H., Sullivan, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanistic+Design+of+Polymer+Nanocarriers+to+Spatiotemporally+Control+Gene+Silencing.">Mechanistic Design of Polymer Nanocarriers to Spatiotemporally Control Gene Silencing.</a> ACS Biomater Sci Eng. 2 (9), 1582-1594 (2016).</li><li>Green, M. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catch+and+release:+photocleavable+cationic+diblock+copolymers+as+a+potential+platform+for+nucleic+acid+delivery.">Catch and release: photocleavable cationic diblock copolymers as a potential platform for nucleic acid delivery.</a> Polym Chem. 5 (19), 5535-5541 (2014).</li><li>Lee, P. Y., Costumbrado, J., Hsu, C. Y., Kim, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agarose+Gel+Electrophoresis+for+the+Separation+of+DNA+Fragments.">Agarose Gel Electrophoresis for the Separation of DNA Fragments.</a> J Vis Exp. (62), e3923 (2012).</li><li>Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NIH+Image+to+ImageJ:+25+years+of+image+analysis.">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nat Methods. 9 (7), 671-675 (2012).</li><li>Marquer, C., Leveque-Fort, S., Potier, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+Lipid+Raft+Partitioning+of+Fluorescently-tagged+Probes+in+Living+Cells+by+Fluorescence+Correlation+Spectroscopy+(FCS).">Determination of Lipid Raft Partitioning of Fluorescently-tagged Probes in Living Cells by Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS).</a> J Vis Exp. (62), (2012).</li><li>Staaf, E., Bagawath-Singh, S., Johansson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+Diffusion+in+Plasma+Membranes+of+Primary+Lymphocytes+Measured+by+Fluorescence+Correlation+Spectroscopy.">Molecular Diffusion in Plasma Membranes of Primary Lymphocytes Measured by Fluorescence Correlation Spectroscopy.</a> J Vis Exp. (120), e54756 (2017).</li><li>Buyens, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+the+disassembly+of+siRNA+polyplexes+in+serum+is+crucial+for+predicting+their+biological+efficacy.">Monitoring the disassembly of siRNA polyplexes in serum is crucial for predicting their biological efficacy.</a> J Control Release. 141 (1), 38-41 (2010).</li><li>Eden, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Proteome+Half-Life+Dynamics+in+Living+Human+Cells.">Proteome Half-Life Dynamics in Living Human Cells.</a> Science. 331 (6018), 764-768 (2011).</li><li>Towbin, H., Staehelin, T., Gordon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophoretic+transfer+of+proteins+from+polyacrylamide+gels+to+nitrocellulose+sheets:+procedure+and+some+applications.">Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications.</a> Proc Natl Acad. Sci U S A. 76 (9), 4350-4354 (1979).</li><li>Wittwer, C. T., Herrmann, M. G., Moss, A. A., Rasmussen, R. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Continuous+Fluorescence+Monitoring+of+Rapid+Cycle+DNA+Amplification.">Continuous Fluorescence Monitoring of Rapid Cycle DNA Amplification.</a> Biotechniques. 54 (6), 314-320 (2013).</li><li>Cho, S. K., Dang, C., Wang, X., Ragan, R., Kwon, Y. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mixing-sequence-dependent+nucleic+acid+complexation+and+gene+transfer+efficiency+by+polyethylenimine.">Mixing-sequence-dependent nucleic acid complexation and gene transfer efficiency by polyethylenimine.</a> Biomater Sci. 3 (7), 1124-1133 (2015).</li><li>Liu, Y. M., Reineke, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(glycoamidoamine)s+for+gene+delivery:+Stability+of+polyplexes+and+efficacy+with+cardiomyoblast+cells.">Poly(glycoamidoamine)s for gene delivery: Stability of polyplexes and efficacy with cardiomyoblast cells.</a> Bioconjugate Chem. 17 (1), 101-108 (2006).</li><li>Schwanhausser, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+quantification+of+mammalian+gene+expression+control.">Global quantification of mammalian gene expression control.</a> Nature. 473 (7347), 337-342 (2011).</li><li>Greco, C. T., Muir, V. G., Epps, T. H., Sullivan, M. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+tuning+of+siRNA+dose+response+by+combining+mixed+polymer+nanocarriers+with+simple+kinetic+modeling.">Efficient tuning of siRNA dose response by combining mixed polymer nanocarriers with simple kinetic modeling.</a> Acta Biomater. 50, 407-416 (2017).</li></ol>

Ci sono pochi passi nel metodo che sono particolarmente critici. Nella formulazione dei nanocarri, l&#39;ordine di aggiunta di componenti e la velocità di miscelazione sono due parametri importanti che influenzano l&#39;efficacia 39 . Questo protocollo richiede che la componente cationica, mPEG- b- P (APNBMA), venga aggiunta alla componente anionica, siRNA, in modo goccia mentre si vortexa. A seconda del volume totale di formulazione, questo processo di miscelazione richiede 3-6 s. Per ...

I piccoli RNA interferenti (siRNAs) mediano il silenziamento del gene post-trascrizionale attraverso un percorso catalitico RNAi altamente specifico, potente e adattabile a virtualmente qualsiasi gene bersaglio 1 . Queste caratteristiche promettenti hanno permesso alle terapeutiche siRNA di avanzare negli studi clinici umani per il trattamento di numerose malattie, tra cui il melanoma metastatico e l&#39;emofilia 2 , 3 . Tuttavia, persistono problemi di consegna significativi che hanno ostacolato la traduzione 4 . In particolare, i veicoli di consegna devono rimanere stabili e proteggere gli siRNA dal degrado extracellulare, ma anche rilasciare il carico utile nel citoplasma 5 . Inoltre, molte applicazioni RNAi richiedono metodi migliorati per regolare il silenziamento del gene nello spazio e nel tempo 6 , che ridurrà gli effetti collaterali nelle terapie 7 di siRNA e consentirà di trasformare unDvances in applicazioni che vanno da microarray di cellule per la scoperta di droga 8 alla modulazione delle risposte delle cellule negli scaffolds rigenerativi 9 . Queste sfide evidenziano la necessità di nuovi materiali e metodi per controllare meglio il rilascio rispetto a rilascio nei nanocarrier di siRNA. Una delle strategie più promettenti per controllare il rilascio di siRNA e migliorare la regolazione spaziale è l&#39;uso di materiali sensibili alle stimoli 10 . Ad esempio, un&#39;ampia varietà di biomateriali sono stati progettati con affinità di legame variabile di acido nucleico in risposta al potenziale alterato del redox o al pH, o campi magnetici applicati, ecografia o luce 11 . Sebbene molti di questi sistemi dimostrano un migliore controllo dell&#39;attività dell&#39;acido nucleico, l&#39;utilizzo della luce come trigger è particolarmente vantaggioso grazie alla sua risposta temporale istantanea, alla precisa risoluzione spaziale e alla facilità di sintonizzazione <suP class = &quot;xref&quot;&gt; 12. Inoltre, il potenziale delle tecnologie fotosensibili per la regolazione dell&#39;espressione genica è stato dimostrato da un promotore inducibile all&#39;avanguardia e da sistemi di regolazione ottogenetica; Tuttavia, questi sistemi soffrono di numerose sfide, incluse le capacità limitate per regolare i geni endogeni, i problemi di sicurezza come l&#39;immunogenicità e le difficoltà nell&#39;erogazione di gruppi multi-componente 13 , 14 e 15 . I nanocarrier siRNA rispondenti alla foto sono ideali per superare questi inconvenienti e fornire un approccio più semplice e più robusto per modulare l&#39;espressione genica spatiotemporalmente 16 , 17 , 18 . Purtroppo, i metodi per predire in modo preciso la risposta alla rottura della proteina risultante rimangono inafferrabili. Una sfida fondamentale è che le valutazioni quantitative di rilascio siRNA sonoRari 19 , 20 , e anche quando queste valutazioni vengono eseguite, non sono state accoppiate ad analisi della dinamica di turnover di siRNA / protein. Sia la quantità di siRNA rilasciata che la sua persistenza / vita sono determinanti importanti delle dinamiche di silenziamento del gene risultanti; Quindi, una mancanza di tali informazioni è una sconnessione principale che preclude una precisa predizione della risposta dose-RNAi 21 . Affrontare questa sfida accelererebbe la formulazione delle relazioni strutturali-funzioni appropriate nei nanocarri e informare meglio i progetti biomateriali 22 . Inoltre, tali approcci consentirebbero lo sviluppo di protocolli di dosaggio più efficaci di siRNA. Nel tentativo di comprendere la risposta dinamica di silenziamento, diversi gruppi hanno studiato modelli matematici di RNAi 23 , 24 , 25 . Questi quadri eranoRiuscito a fornire approfondimenti sulle trasformazioni mediate dal siRNA nell&#39;espressione genica e identificando i passi di limitazione del tasso 26 . Tuttavia, questi modelli sono stati applicati solo ai sistemi di distribuzione genica commerciale ( ad es . Lipofectamine e Polyethylenimine (PEI)) che non sono in grado di controllare il rilascio di siRNA e la complessità dei modelli ha severamente limitato la loro utilità 27 . Queste carenze evidenziano una necessità insoddisfatta di nuovi materiali in grado di ottimizzare il rilascio di siRNA in combinazione con modelli di cinetica predittiva e facile da usare. Il nostro metodo affronta tutte queste sfide attraverso l&#39;integrazione di una piattaforma nanocarrier sensibile alla luce con metodi accoppiati per quantificare il libero siRNA e la dinamica di modello RNAi. In particolare, la rilascio preciso di siRNA 28 della nostra piattaforma è monitorata da due metodi complementari per la quantificazione accurata di encapsulated vs. unSiRNA legato. I dati sperimentali di questi saggi sono inseriti in un semplice modello cinetico per prevedere efficienze di silenziamento del gene a priori 29 . Infine, la natura on / off dei nanocarrier è facilmente sfruttata per generare modelli cellulari in espressione genica con controllo spaziale sulla scala di lunghezza cellulare. Quindi, questo metodo fornisce un metodo facilmente adattabile per controllare e prevedere il silenziamento del gene in una varietà di applicazioni che trarrebbero vantaggio dalla regolazione spaziale del comportamento delle cellule.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="680">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:183px;">siRNA</td>
			<td style="width:157px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:145px;">SIC001</td>
			<td style="width:195px;">non-targeted, universal negative control</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">mPEG-b-P(APNBMA)</td>
			<td style="width:157px;">synthesized in our lab</td>
			<td style="width:145px;">N/A</td>
			<td style="width:195px;">photo-responsive polymer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">HEPES</td>
			<td style="width:157px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:145px;">BP310-100</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">sodium dodecyl sulfate&#160;</td>
			<td style="width:157px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:145px;">436143</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">rubber gasket</td>
			<td style="width:157px;">McMaster-Carr</td>
			<td style="width:145px;">3788T21</td>
			<td style="width:195px;">0.5 mL thick</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:183px;">UV laser&#160;</td>
			<td style="width:157px;">Excelitas Technologies</td>
			<td style="width:145px;">Omnicure S2000</td>
			<td style="width:195px;">collimating lens and 365 nm filter used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">agarose</td>
			<td style="width:157px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:145px;">BP160-100</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">ethidium bromide</td>
			<td style="width:157px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:145px;">BP1302-10</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:183px;">siRNA labelled with Dy547</td>
			<td style="width:157px;">GE Healthcare Dharmacon, Inc.</td>
			<td style="width:145px;">custom order</td>
			<td style="width:195px;">fluorophore conjugated to 5&#8217; end of sense strand</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">microscope slide</td>
			<td style="width:157px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:145px;">12-550-A3</td>
			<td style="width:195px;">pre-cleaned glass</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">Secure-Seal Spacer</td>
			<td style="width:157px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:145px;">S24735</td>
			<td style="width:195px;">double-sided adhesive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">LSM 780&#160;</td>
			<td style="width:157px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:145px;">N/A</td>
			<td style="width:195px;">confocal microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">ZEN 2010</td>
			<td style="width:157px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:145px;">N/A</td>
			<td style="width:195px;">FCS analysis software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">MATLAB</td>
			<td style="width:157px;">MathWorks</td>
			<td style="width:145px;">N/A</td>
			<td style="width:195px;">programming language</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">NIH/3T3 cells&#160;</td>
			<td style="width:157px;">ATCC</td>
			<td style="width:145px;">ATCC CRL-1658</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">DMEM</td>
			<td style="width:157px;">Mediatech</td>
			<td style="width:145px;">10-013-CV</td>
			<td style="width:195px;">growth media</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">fetal bovine serum</td>
			<td style="width:157px;">Mediatech</td>
			<td style="width:145px;">35-011-CV</td>
			<td style="width:195px;">heat-inactivated</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">penicillin-streptomycin</td>
			<td style="width:157px;">Mediatech</td>
			<td style="width:145px;">&#160;30-002-CI</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">6-well plates</td>
			<td style="width:157px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:145px;">08-772-1B</td>
			<td style="width:195px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:183px;">Opti-MEM</td>
			<td style="width:157px;">Life Technologies</td>
			<td style="width:145px;">11058021</td>
			<td style="width:195px;">transfection media</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

predicting gene silencing through the spatiotemporal control of sirna release from photo-responsive polymeric nanocarriers

Nuovi materiali e metodi sono necessari per meglio controllare il rilascio vs rilascio di acidi nucleici per una vasta gamma di applicazioni che richiedono una precisa regolazione dell&#39;attività genica. In particolare, nuovi materiali sensibili agli stimoli con un miglior controllo spatiotemporale sull&#39;espressione genica potrebbero sbloccare piattaforme traducibili nella ricerca di farmaci e nelle tecnologie della medicina rigenerativa. Inoltre, una maggiore capacità di controllare il rilascio dell&#39;acido nucleico da materiali consentirebbe lo sviluppo di metodi razionalizzati per prevedere a priori l&#39; efficacia del nanocarrier, portando a uno screening accelerato dei veicoli di erogazione. In questo esempio, presentiamo un protocollo per prevedere efficienze di silenziamento del gene e raggiungere il controllo spaziale sull&#39;espressione genica attraverso un sistema nanocarrier modulare fotoreattivo. Il piccolo RNA interferente (siRNA) è complessato con polimeri mPEG- b- poli (5- (3- (ammino) propossi) -2-nitrobenzilmetacrilato (mPEG- b -P (APNBMA))Rm stabili nanocarrier che possono essere controllati con luce per facilitare l&#39;attivazione / disinserzione di siRNA sintonizzabile. Diamo due contesti complementari che impiegano spettroscopia di correlazione alla fluorescenza e elettroforesi gel per la quantificazione accurata del rilascio siRNA da soluzioni che imitano ambienti intracellulari. Le informazioni ottenute da questi saggi sono state incorporate in un modello cinetico di interferenza RNA (RNAi) per predire le risposte dinamiche di silenziamento a varie condizioni di foto-stimolo. A loro volta, queste condizioni ottimizzate di irradiazione permettevano di affinare un nuovo protocollo per controllare spatiotemporalmente il silenziamento del gene. Questo metodo può generare schemi cellulari nell&#39;espressione genica con risoluzione di cellule a cellule e nessun effetto off-target rilevabile. Considerati insieme, il nostro approccio offre un metodo di facile utilizzo per prevedere cambiamenti dinamici nell&#39;espressione genica e controllare esattamente l&#39;attività di siRNA nello spazio e nel tempo. Questo insieme di saggi può essere facilmente adattato per testare un&#39;ampia varietà di otI suoi sistemi sensibili agli stimoli per affrontare le sfide chiave pertinenti a una moltitudine di applicazioni nella ricerca e nella medicina biomedica.

Dopo la formulazione dei nanocarri, sono stati condotti saggi di rilascio siRNA per informare le condizioni di irradiazione da utilizzare nelle transazioni in vitro . Diversi dosaggi di luce sono stati applicati per determinare il percentuale di siRNA che è stato rilasciato. Il primo saggio ha utilizzato l&#39;elettroforesi gel per separare le molecole siRNA libere dalle molecole siRNA ancora complessate / associate al polimero. I nanocarriers non trattati con la luce sono rima...

Watch this Scientific Journal Video about Predicting Gene Silencing Through the Spatiotemporal Control of siRNA Release from Photo-responsive Polymeric Nanocarriers at JoVE.com

Predicting Gene Silencing Through the Spatiotemporal Control of siRNA Release from Photo-responsive Polymeric Nanocarriers

Presentiamo un nuovo metodo che utilizza copolimeri a blocchi foto-reattivi per un controllo più efficace spatiotemporale del silencing del gene senza effetti off-target rilevabili. Inoltre, i cambiamenti nell&#39;espressione genica possono essere predittivati ​​utilizzando semplici test di rilascio siRNA e semplice modellizzazione cinetica.

Predizione del silenziamento del gene attraverso il controllo spatiotemporale della siRNA rilasciata da nanocarrier polimerici sensibili alla foto

New materials and methods are needed to better control the binding vs. release of nucleic acids for a wide range of applications that require the precise ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique

Formulazione di nanoparticelle polimeriche diblock attraverso Tecnica Nanoprecipitation

Nanotechnology is a relatively new branch of science that involves harnessing the unique properties of particles that are nanometers in scale ...

Ricerca

Bioingegneria

Combinatorial Synthesis of and High-throughput Protein Release from Polymer Film and Nanoparticle Libraries

Sintesi combinatoria di e High-throughput di rilascio di proteine ​​da film polimerico e Biblioteche nanoparticelle

Polyanhydrides are a class of biomaterials with excellent biocompatibility and drug delivery capabilities. While they have been studied extensively with ...

Engineering a Bilayered Hydrogel to Control ASC Differentiation

Progettazione di un Hydrogel doppo strato di controllo differenziazione ASC

Natural polymers over the years have gained more importance because of their host biocompatibility and ability to interact with cells in vitro and in ...

Evaluation of Polymeric Gene Delivery Nanoparticles by Nanoparticle Tracking Analysis and High-throughput Flow Cytometry

Valutazione della consegna del gene polimerici Nanoparticelle per l&#39;analisi delle nanoparticelle Monitoraggio e High-throughput Citometria a Flusso

Non-viral gene delivery using polymeric nanoparticles has emerged as an attractive approach for gene therapy to treat genetic diseases1 and as a ...

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

The Use of the Ex Vivo Chandler Loop Apparatus to Assess the Biocompatibility of Modified Polymeric Blood Conduits

L&#39;uso della<em&gt; Ex Vivo</em&gt; Chandler Loop Apparecchio per valutare la biocompatibilità di Modificati Condotti sangue Polimerici

The foreign body reaction occurs when a synthetic surface is introduced to the body. It is characterized by adsorption of blood proteins and the ...

Porous Silicon Microparticles for Delivery of siRNA Therapeutics

Poroso Silicon microparticelle per consegna di siRNA Therapeutics

Small interfering RNA (siRNA) can be used to suppress gene expression, thereby providing a new avenue for the treatment of various diseases. However, the ...

Polymeric Microneedle Array Fabrication by Photolithography

Polimerici Microneedle Array Fabrication per Fotolitografia

This manuscript describes the fabrication of polymeric microneedle (MN) arrays by photolithography. It involves a simple mold-free process by using a ...

Fabricating Superhydrophobic Polymeric Materials for Biomedical Applications

Realizzazione superidrofobiche Materiali Polimerici per applicazioni biomediche

Superhydrophobic materials, with surfaces possessing permanent or metastable non-wetted states, are of interest for a number of biomedical and industrial ...

Synthesis of Gold Nanoparticle Integrated Photo-responsive Liposomes and Measurement of Their Microbubble Cavitation upon Pulse Laser Excitation

Sintesi di nanoparticelle d&#39;oro liposomi Integrated Photo-reattiva e la misurazione del loro microbolle cavitazione su impulso laser di eccitazione

Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control ...

Delivery of Therapeutic siRNA to the CNS Using Cationic and Anionic Liposomes

La consegna dei terapeutica siRNA al SNC Utilizzando cationici e anionici liposomi

Prion diseases result from the misfolding of the normal, cellular prion protein (PrPC) to an abnormal protease resistant isomer called PrPRes.  The ...