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Enhancing Gene Transfection Efficiency of Star-Shaped Poly(β-amino ester)s via “Top-down” Hydrolysis
ACS Macro Letters ( IF 5.1 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acsmacrolett.4c00399 Chenfei Wang 1, 2 , Feifei Wang 3 , Yuxing Zheng 1 , Tao Bo 2 , Yitong Zhao 2 , Haiyang Yong 1 , Zhili Li 1 , Weiyi Xu 2 , Qiang Zhao 4 , Dezhong Zhou 1
ACS Macro Letters ( IF 5.1 ) Pub Date : 2024-09-05 , DOI: 10.1021/acsmacrolett.4c00399 Chenfei Wang 1, 2 , Feifei Wang 3 , Yuxing Zheng 1 , Tao Bo 2 , Yitong Zhao 2 , Haiyang Yong 1 , Zhili Li 1 , Weiyi Xu 2 , Qiang Zhao 4 , Dezhong Zhou 1
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Gene therapy has emerged as a potent tool for treating a wide range of hereditary and acquired disorders. However, the development of high-performance nonviral gene delivery vectors remains a significant challenge. Here we report the development of a new type of star-shaped poly(β-amino ester) (SPAE) through a “top-down” hydrolysis approach and demonstrate its exceptional DNA transfection efficiency and safety profiles. Two SPAEs with different monomer combinations are first synthesized using an “arm first” strategy and then hydrolyzed sequentially to produce h-SPAEs with varied chemical compositions and molecular weights. Results demonstrate that hydrolysis significantly influences the physiological characteristics of the resulting h-SPAEs and h-SPAE/DNA polyplexes. Dependent on the chemical composition, h-SPAEs with low to moderate hydrolysis degrees exhibit superior gene transfection efficiency and cell viability across various cell types. Notably, the leading candidate, h-SPAE-1-5h, achieves up to 88.8% gene transfection efficiency, which was 154–257% higher compared to SPAE-1. This study not only establishes an easy-to-operate “top-down” approach for reshaping the topological structure and chemical composition of SPAEs, but also identifies promising candidates for effective gene transfection. This strategy can be applied to other cationic polymers to enhance their gene transfection performance.
中文翻译：
通过“自上而下”水解提高星形聚（β-氨基酯）的基因转染效率
基因疗法已成为治疗多种遗传性和获得性疾病的有效工具。然而，高性能非病毒基因递送载体的开发仍然是一个重大挑战。在这里，我们报告了通过“自上而下”的水解方法开发出一种新型星形聚（β-氨基酯）（SPAE），并展示了其卓越的 DNA 转染效率和安全性。首先使用“臂优先”策略合成两种具有不同单体组合的 SPAE，然后依次水解以产生具有不同化学组成和分子量的 h-SPAE。结果表明，水解显着影响所得 h-SPAE 和 h-SPAE/DNA 复合物的生理特性。根据化学成分，具有低至中等水解度的 h-SPAE 在各种细胞类型中表现出优异的基因转染效率和细胞活力。值得注意的是，领先的候选者 h-SPAE-1-5h 的基因转染效率高达 88.8%，比 SPAE-1 高 154-257%。这项研究不仅建立了一种易于操作的“自上而下”的方法来重塑SPAE的拓扑结构和化学成分，而且还确定了有效基因转染的有希望的候选者。该策略可应用于其他阳离子聚合物以增强其基因转染性能。
更新日期：2024-09-05
中文翻译：
通过“自上而下”水解提高星形聚（β-氨基酯）的基因转染效率
基因疗法已成为治疗多种遗传性和获得性疾病的有效工具。然而，高性能非病毒基因递送载体的开发仍然是一个重大挑战。在这里，我们报告了通过“自上而下”的水解方法开发出一种新型星形聚（β-氨基酯）（SPAE），并展示了其卓越的 DNA 转染效率和安全性。首先使用“臂优先”策略合成两种具有不同单体组合的 SPAE，然后依次水解以产生具有不同化学组成和分子量的 h-SPAE。结果表明，水解显着影响所得 h-SPAE 和 h-SPAE/DNA 复合物的生理特性。根据化学成分，具有低至中等水解度的 h-SPAE 在各种细胞类型中表现出优异的基因转染效率和细胞活力。值得注意的是，领先的候选者 h-SPAE-1-5h 的基因转染效率高达 88.8%，比 SPAE-1 高 154-257%。这项研究不仅建立了一种易于操作的“自上而下”的方法来重塑SPAE的拓扑结构和化学成分，而且还确定了有效基因转染的有希望的候选者。该策略可应用于其他阳离子聚合物以增强其基因转染性能。
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