Investigation of Aminoethyl Methacrylate Polymers for in Vivo Delivery of Mrna

Abstract

Güvenli ve etkili gen tedavileri için viral olmayan vektörlere büyük bir ihtiyaç vardır. Özellikle mRNA (mesajcı RNA) temelli gen tedavileri için polimerik vektörlerin kullanımı çok sınırlıdır. Bu tez kapsamında, zebra balığı embriyoları kullanılarak yeni geliştirilen bir polimerik vektörün in vivo transfeksiyon etkinliğinin, bilinen lipidik ve polimerik vektörlerle karşılaştırmalı olarak ön araştırmasının yapılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, blok kopolimer, poli(oligo(etilen glikol) metakrilat)-b-poli(2-(amino)etil)amino)etil metakrilat, P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48 ile Lipofectamine 3000 ve dallanmış polietilen iminin (PEI) (25 kDa) mRNA transfeksiyon etkinliği zebra balığı embriyoları modeli üzerinde in vivo olarak incelenmiştir. Çalışılan aralıkta en iyi uygulama bölgesi ve yöntemi, mRNA dozu, türü ve gelişim aşamasını belirlemek için önce çıplak mRNA veya Lipofectamine-mRNA kompleksleri kullanılarak birçok optimizasyon deneyi gerçekleştirildi. Optimizasyon deneylerinden elde edilen sonuçlar göz önünde bulundurularak, GFP-mRNA (2000 ng) ve N/P oranı 3.6 veya 7.3 olan P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48 ile oluşturulan polipleksler, GFP ifadesini gözlemlemek için döllenmeden 48 saat sonraki gelişim aşamasında olan zebra balığı embriyolarının perikardiyal boşluğuna enjekte edildi. Karşılaştırma için çıplak mRNA, çıplak embriyolar, Lipofektamine-mRNA kompleksi ve PEI-mRNA polipleksleri kullanıldı. Örnekler enjeksiyondan 24 saat sonra konfokal mikroskobu kullanılarak görselleştirildi ve Image J ile analiz edildi. Blok kopolimer, altın standart polimerik vektör PEI ile karşılaştırılabilir transfeksiyon etkinliği gösterdi. Bu çalışmada elde edilen ön sonuçlar, mRNA tabanlı gen tedavileri için potansiyel bir polimerik vektör olarak P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48'in in vivo uygulamaları üzerine daha fazla araştırma yapılmasının önünü açmaktadır.

There is a tremendous need for non-viral vectors for safe and efficient gene therapies. Especially the use of polymeric vectors for messenger RNA (mRNA) based gene therapies is limited. Within the scope of this thesis, it is aimed to perform a preliminary investigation on the in vivo transfection ability of a newly developed polymeric vector using zebrafish embryos in comparison with well-known lipidic and polymeric vectors. In line with this goal, the mRNA transfection ability of the block copolymer, poly(oligo(ethylene glycol) methacrylate)-b-poly(2-(amino)ethyl)amino)ethyl methacrylate, P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48 along with Lipofectamine 3000 and branched polyethylene imine (PEI) (25 kDa) was examined in vivo on zebrafish embryos. A number of optimization experiments were first performed using naked mRNA or Lipofectamine-mRNA complexes to determine the best administration site and method, mRNA dose, type and development stage of embryos within the studied range. Considering the results obtained from optimization experiments, polyplexes formed with GFP-mRNA (2000 ng) and P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48 at an N/P ratio of 3.6 or 7.3 were injected into the pericardial cavity of developing zebrafish embryos at 48 hours post fertilization to observe GFP expression. Naked mRNA, naked embryos, Lipofectamine-mRNA complex, and PEI-mRNA polyplexes were used for comparison. Samples were visualized 24 hours after injection using confocal microscopy and analyzed with Image J. The block copolymer showed transfection efficiency comparable with the golden standard polymeric vector PEI. The preliminary results obtained in this study pave the way for further investigations on the in vivo applications of P(OEGMA)42-b-P(AEAEMA)48 as a potential polymeric vector for mRNA-based gene therapies.