マグネトフェクション

マグネトフェクションは、磁場を利用してベクターを含む粒子を体内の標的細胞に集中させるトランスフェクション法です。 ^{[1]マグネトフェクションは、}核酸、非ウイルストランスフェクションシステム、ウイルスなど、さまざまなベクターに適応しています。この方法は、高いトランスフェクション効率や生体適合性などの利点がありますが、限界とバランスが取れています 。

マグネトフェクションという用語は、現在OZバイオサイエンス社によって商標登録されており、磁気とトランスフェクションという単語を組み合わせたものです。 ^{[2]マグネトフェクションでは、}磁性ナノ粒子と関連した核酸を使用します。これらの分子複合体は、印加磁場を使用して濃縮され、細胞内に輸送されます。

磁性ナノ粒子は、典型的には共沈法やマイクロエマルジョン法などの方法を用いて、完全に生分解性の酸化鉄から作られる。^{[3] [4]}

次に、ナノ粒子を遺伝子ベクター（DNA、siRNA、ODN、ウイルスなど）と組み合わせます。1つの方法は、アビジン-ビオチン相互作用を使用してウイルス粒子を磁性粒子にリンクすることです。^{[5]ウイルスは}疎水性相互作用を介してナノ粒子に結合することもできます。^[6]

別の合成法としては、塩誘導凝集を介して磁性ナノ粒子をカチオン脂質またはポリマーでコーティングする方法があります。たとえば、ナノ粒子は、トランスフェクション剤として一般的に使用される正に帯電したポリマーであるポリエチレンイミン（PEI）と結合することができます。 ^[7]遺伝子発現を促進するには、合成中にPEI溶液のpHを高くする必要があります。^{[8]正に帯電したナノ粒子は、}静電相互作用を介して負に帯電した核酸と結合することができます。^[9]

ベクターを搭載した磁性粒子は、外部磁場の影響により標的細胞に集中します。その後、細胞はエンドサイトーシスとピノサイトーシスを介して遺伝物質を自然に取り込みます。その結果、細胞膜を損傷する電気穿孔法や遺伝子銃などの他の物理的トランスフェクション法とは対照的に、膜構造はそのまま残ります。 ^[10]

その後、核酸は、使用される製剤に応じて異なるメカニズムによって 細胞質に放出されます。

1. ナノ粒子にコーティングされたカチオン性ポリマーによって引き起こされるプロトンスポンジ効果により、エンドソームの浸透圧膨張、エンドソーム膜の破壊、DNA形態の細胞内放出が促進される。
2. 細胞負性脂質の反転と電荷中和によって核酸を細胞内に放出する粒子にコーティングされた陽イオン脂質によるエンドソームの不安定化と
3. ウイルス感染のメカニズム。

マグネトフェクションは分裂していない細胞やゆっくり分裂している細胞に作用し、遺伝物質が細胞分裂をせずに細胞核に移動できることを意味します。^[11]

マグネトフェクションは、幅広い細胞株、トランスフェクションが難しい細胞、初代細胞でテストされています。^[12] DNA、siRNA、初代ニューロンのトランスフェクションやウイルスの用途など、いくつかの種類の用途向けに、最適化された効率的な磁性ナノ粒子製剤がいくつか開発されています。^[13]

マグネトフェクションの研究は現在、前臨床段階にあります。この技術は主に、海馬、皮下腫瘍、肺、脊髄、筋肉への応用を目的とした、マウス、ラット、ウサギのモデルでプラスミドDNAを使用して生体内でテストされています。^[14]

アプリケーションには次のものがあります:

• 通常は導入が難しい一次神経幹細胞へのGFP遺伝子の導入は、静磁場では18%、振動磁場では32%の効率で可能である。^[15]
• オリゴデオキシヌクレオチド（ODN）をヒト臍帯静脈内皮細胞に84%の効率で送達した。^[16]
• ルシフェラーゼレポーター遺伝子をノックダウンするためにHeLa細胞にsiRNAを送達する。^[17]
• アデノウイルスベクターの初代ヒト末梢血リンパ球への送達^[18]

マグネトフェクションは、生化学的（カチオン性脂質またはポリマー）および物理的（エレクトロポレーション、遺伝子銃）トランスフェクション法の利点を統合する試みである。これにより、高いトランスフェクション効率、より速いインキュベーション時間、および生体適合性を備えた局所送達が可能になる。^[19]

磁性ナノ粒子を遺伝子ベクターに結合すると、数分のタイムスケールでこれらのベクターの取り込みが数百倍に増加し、高いトランスフェクション効率につながります。^[20]遺伝子ベクターと磁性ナノ粒子の複合体は、10〜15分後に細胞にトランスフェクトされます。これは、他のトランスフェクション法に必要な2〜4時間よりも速いです。^[21] 24、48、または72時間後には、ほとんどの粒子が細胞質、液胞（細胞内の膜で囲まれた構造）に局在し、時には細胞核にも局在します。[ 22 ^]

磁性ナノ粒子は磁石を取り除いても凝集しにくいため、毛細血管を塞いだり血栓症を引き起こしたりする可能性は低い。^[23]さらに、酸化鉄は生分解性であり、鉄はヘモグロビンや鉄代謝経路で再利用することができる。^{[24] [25]}

磁性ナノ粒子の合成により、さまざまなサイズの粒子が生成されることがあります。^[26]粒子のサイズは、その有用性に影響を与える可能性があります。具体的には、10nm未満または200nmを超えるサイズのナノ粒子は、体内からより早く排出される傾向があります。^[27]

磁石は磁性ナノ粒子を目的の細胞に局在させるために使用できますが、このメカニズムを実際に維持することは難しい場合があります。ナノ粒子は、培養プレートや体の表面などの2D空間に集中できますが、体の3D空間に局在させることはより困難です。マグネトフェクションは、距離が長くなるにつれて磁場が弱くなるため、体の表面から遠い臓器や血管にはうまく機能しません。^{[28] [29]}さらに、磁石を取り除いた後、粒子が必ずしも目的の場所に留まるとは限らないため、ユーザーは磁場を適用する頻度とタイミングを考慮する必要があります。^[30]

ナノ粒子の製造に使用される酸化鉄は生分解性ですが、磁性ナノ粒子の毒性はまだ調査中です。細胞への損傷の兆候は見つかっていないという研究もありますが、小さな（2nm未満）ナノ粒子は細胞膜を透過して細胞小器官を破壊する可能性があると主張する研究もあります。^{[31] [32]}

さらに、非常に高濃度の酸化鉄は恒常性を乱し、鉄過剰症を引き起こし、DNAを損傷または変化させ、細胞反応に影響を与え、細胞を死滅させる可能性があります。^[33]リソソームはナノ粒子を消化して遊離鉄を放出し、これが過酸化水素と反応してフリーラジカルを形成し、細胞毒性、変異原性、発がん性の影響を引き起こす可能性があります。^[34]

• 磁気支援トランスフェクション