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Entrega hidrodinámica

La entrega hidrodinámica (HD) es un método de inserción de ADN en modelos de roedores. Los genes se administran mediante inyección en el torrente sanguíneo del animal y se expresan en el hígado. Este protocolo es útil para determinar la función genética, regular la expresión genética y desarrollar productos farmacéuticos in vivo. [1]

W. Heston administra una inyección intravenosa a ratones. Heston, alrededor de 1944, estudió los tumores pulmonares y la herencia en ratones con un intento de localizar la susceptibilidad de los tumores a genes específicos.

Métodos

La entrega hidrodinámica se desarrolló como una forma de insertar genes sin infección viral ( transfección ). El procedimiento requiere que se inserte una solución de ADN de gran volumen en las venas del roedor utilizando una aguja de alta presión. [2] El volumen del ADN suele ser del 8 al 10 % (equivalente al 8-10 % del peso corporal del animal) y se inyecta en 5 a 7 segundos. [3] [4] La presión de la inserción provoca congestión cardíaca (aumento de presión en el corazón), lo que permite que la solución de ADN fluya a través del torrente sanguíneo y se acumule en el hígado. [2] La presión expande los poros de la membrana celular, forzando a las moléculas de ADN a entrar en el parénquima , o las células funcionales del órgano. [1] [5] [2] [4] En el hígado, estas células son los hepatocitos . Menos de dos minutos después de la inyección, la presión vuelve a los niveles naturales y los poros se contraen, atrapando el ADN dentro de la célula. Después de la inyección, la mayoría de los genes se expresan en el hígado del animal durante un largo período de tiempo. [6] [3]

Desarrollado originalmente para insertar ADN, los avances posteriores en la EH han permitido la inserción de ARN, proteínas y oligonucleótidos cortos en las células. [6]

La alta presión de la inyección obliga a los poros de la membrana celular a expandirse, permitiendo que el ADN ingrese a la célula. Una vez que cae la presión, los poros se reducen a niveles normales, atrapando el ADN objetivo en las células.

Aplicaciones

El desarrollo de métodos de entrega hidrodinámica permite una forma alternativa de estudiar experimentos in vivo. Este método ha demostrado ser eficaz en pequeños mamíferos, sin los riesgos y complicaciones potenciales de la transfección viral. [7] Las aplicaciones de estos estudios incluyen: probar elementos regulatorios, generar anticuerpos, analizar técnicas de terapia génica y desarrollar modelos para enfermedades. [8] Normalmente, los genes se expresan en el hígado, pero el procedimiento puede modificarse para expresar genes en los riñones, los pulmones, los músculos, el corazón y el páncreas. [2]

La entrega hidrodinámica implica una inyección de alto volumen y alta presión, que es controlada y monitoreada por una computadora programada con una curva de tiempo de inyección.

Terapia de genes

La entrega hidrodinámica se ha utilizado para insertar genes en un esfuerzo por combatir enfermedades genéticas. Dado que la EH se ha centrado principalmente en pequeños mamíferos como los roedores, su aplicación en humanos es limitada. La investigación en curso está aumentando las aplicaciones en grandes mamíferos y futuros estudios clínicos. Las técnicas guiadas por imágenes asistidas por computadora permiten a los cirujanos insertar la aguja o el catéter en el sitio preciso, mientras que un dispositivo de inyección automatizado monitorea y ajusta la presión necesaria para una transmisión genética óptima. [9] Con inyecciones más precisas, el volumen de solución de ADN se puede reducir a aproximadamente el 1% del peso corporal del organismo [3]

Al utilizar un catéter para realizar la inyección, los cirujanos pueden expresar genes en órganos distintos del hígado. Colocar el catéter en lugares alternativos permite que la solución de ADN llegue al objetivo, aunque los genes todavía se expresan en el hígado. [3]

Desarrollo de organismos modelo

La entrega de ADN hidrodinámico es una herramienta útil para crear sistemas modelo para enfermedades humanas. Con esta técnica, los laboratorios pueden estudiar enfermedades genéticas in vivo. Los estudios pueden insertar oncogenes en animales de laboratorio para estudiar tratamientos. [4] [10] Además de la transferencia genética, también se ha demostrado que la EH funciona en células tumorales. [3] Las células cancerosas metastásicas se pueden administrar con éxito en organismos modelo para estudiar cánceres específicos. [3] [4]

Métodos alternativos de transfección no virales.

Se pueden utilizar métodos alternativos para insertar genes en un organismo sin un vector viral. Estos se pueden dividir en técnicas físicas y químicas. [2] [7]

Métodos físicos:

Métodos químicos:

Referencias

  1. ^ ab Suda, Takeshi; Liu, Dexi (1 de enero de 2015), Huang, Leaf; Liu, Dexi; Wagner, Ernst (eds.), "Capítulo cuatro: administración hidrodinámica", Avances en genética , vectores no virales para terapia génica, 89 , Academic Press: 89–111, doi :10.1016/bs.adgen.2014.10.002, PMID  25620009 , recuperado el 8 de octubre de 2022
  2. ^ abcde Sharma, Divya; Arora, Sanjay; Singh, Jagdish; Layek, Buddhadev (31 de julio de 2021). "Una revisión del tortuoso camino de la entrega de genes no virales y los avances recientes". Revista Internacional de Macromoléculas Biológicas . 183 : 2055-2073. doi :10.1016/j.ijbiomac.2021.05.192. ISSN  0141-8130. PMC 8266766 . PMID  34087309. 
  3. ^ abcdef Kamimura, Kenia; Yokoo, Takeshi; Abe, Hiroyuki; Kobayashi, Yuji; Ogawa, Kohei; Shinagawa, Yoko; Inoue, Ryosuke; Terai, Shuji (septiembre de 2015). "Entrega de genes hidrodinámicos guiada por imágenes: estado actual y direcciones futuras". Farmacéutica . 7 (3): 213–223. doi : 10.3390/farmacéutica7030213 . ISSN  1999-4923. PMC 4588196 . PMID  26308044. 
  4. ^ abcd Chen, Xin; Calvisi, Diego F. (1 de abril de 2014). "Transfección hidrodinámica para la generación de nuevos modelos de ratón para la investigación del cáncer de hígado". La Revista Estadounidense de Patología . 184 (4): 912–923. doi : 10.1016/j.ajpath.2013.12.002. ISSN  0002-9440. PMC 3969989 . PMID  24480331. 
  5. ^ Conn, David Bruce (1993). "La biología de los platelmintos (Platyhelminthes): células parenquimatosas y matrices extracelulares". Transacciones de la Sociedad Microscópica Estadounidense . 112 (4): 241–261. doi :10.2307/3226561. ISSN  0003-0023. JSTOR  3226561.
  6. ^ ab Bonamassa, Bárbara; Hai, Li; Liu, Dexi (1 de abril de 2011). "Entrega de genes hidrodinámicos y sus aplicaciones en la investigación farmacéutica". Investigación Farmacéutica . 28 (4): 694–701. doi :10.1007/s11095-010-0338-9. ISSN  1573-904X. PMC 3064722 . PMID  21191634. 
  7. ^ ab Nguyen, Andrew T.; Dow, Adrienne C.; Kupiec-Weglinski, Jerzy; Busuttil, Ronald W.; Lipshutz, Gerald S. (1 de julio de 2008). "Evaluación de promotores genéticos para la expresión hepática mediante transferencia hidrodinámica de genes". Revista de investigación quirúrgica . 148 (1): 60–66. doi :10.1016/j.jss.2008.02.016. ISSN  0022-4804. PMC 2761841 . PMID  18570932. 
  8. ^ Herweijer, H.; Wolff, JA (enero de 2007). "Progresos y perspectivas de la terapia génica: entrega de genes hidrodinámicos". Terapia de genes . 14 (2): 99-107. doi : 10.1038/sj.gt.3302891 . ISSN  1476-5462. PMID  17167496. S2CID  8599229.
  9. ^ Suda, Takeshi; Suda, Kieko; Liu, Dexi (1 de junio de 2008). "Entrega de genes hidrodinámicos asistida por computadora". Terapia Molecular . 16 (6): 1098-1104. doi : 10.1038/mt.2008.66 . ISSN  1525-0016. PMID  18398428.
  10. ^ Shibata, Osamu; Kamimura, Kenia; Tanaka, Yuto; Ogawa, Kohei; Owaki, Takashi; Oda, Chiyumi; Morita, Shinichi; Kimura, Atsushi; Abe, Hiroyuki; Ikarashi, Satoshi; Hayashi, Kazunao; Yokoo, Takeshi; Terai, Shuji (14 de junio de 2022). "Establecimiento de un modelo animal de cáncer de páncreas utilizando el método de administración de genes hidrodinámicos dirigido al páncreas". Terapia Molecular - Ácidos Nucleicos . 28 : 342–352. doi :10.1016/j.omtn.2022.03.019. ISSN  2162-2531. PMC 9018811 . PMID  35474735.