ISSN: 0377-9777 / e-ISSN: 1308-2523
Gene therapy techniques: Physical and chemical methods [Turk Hij Den Biyol Derg]
Turk Hij Den Biyol Derg. 2017; 74(1): 103-112 | DOI: 10.5505/TurkHijyen.2016.43255

Gene therapy techniques: Physical and chemical methods

Azade Attar
Yildiz Technical University, Davutpasa Campus, Faculty of Chemical and Metallurgical Engineering, Department of Bioengineering, Esenler Istanbul

Gene therapy is used for developing strategies for the treatment of genetic diseases and it is a promising technique for people with incurable diseases. A successful gene therapy includes the transfection of plasmids with related transgenes into the target cells. The transfer of the DNA molecule to target cell is the main problem of the gene therapy studies which directed researchers to find an effective way of transfection. The transfection of DNA is commonly achieved by a vector because of the limited insertion ability of the DNA into the cells and the possibility of enzymatic degradation of DNA molecule. These vectors are grouped into two categories as viral and non-viral. Adenovirus, adeno-associated virus, herpes simplex and retrovirus are the main examples of viral vectors. Non-viral vectors are grouped into two as physical and chemical methods. The physical methods are microinjection, particle bombardment - gene gun, electroporation, sonoporation, laser beam and magnetofection. The chemical methods are consisted of liposomes which were developed as an alternative to the viral vectors. These vectors must have 3 important features for the transfer of the related gene into the cell nucleus. Those are disguising the negative charge of the DNA, condensing the DNA molecule and protecting it from the intracellular nuclease activity. Non-viral transfection systems such as liposomes are preferred rather than viruses, because of being non-immunogenic, ease in formation and simple scale-up process in industrial production. Liposomal vectors have a diversity in morphology and in release characteristics, which they can be used in tissue targeting and they can protect plasmid DNA from the attacks of degradative nucleases. DNA - cationic lipid complexes were used in different DNA transfer protocols in various cell types since defined as a potential transfer system in 1987 and is still being researched for the clinical gene therapy studies. This review is highlighting the chemical and physical methods of gene therapy as a novel and promising technique for the treatment of cancer and genetic disorders.

Keywords: Gene therapy, liposomal vectors, plasmid DNA, gene transfer

Gen terapi yöntemleri: Fiziksel ve kimyasal metodlar

Azade Attar
Yıldız Teknik Üniversitersi, Davutpaşa Kampüsü, Kimya Metalürji Fakültesi, Biyomühendislik Bölümü, Esenler İstanbul

Gen terapisi, genetik temeli bulunan hastalıkların tedavisinde stratejiler geliştirmek için kullanılan ve günümüzde tedavisi olmayan hastalıklar için umut vaat eden bir yöntemdir. Başarılı bir gen terapisi, ilgili transgenleri içeren plazmitlerin hedeflenmiş hücrelere transfeksiyonunu gerektirir. Gen tedavisi çalışmalarında karşılaşılan en önemli sorun olan DNA moleküllerinin hedef hücrelere ulaştırılması, bu alanda çalışan tüm araştırmacıları etkili bir yol bulmaya yönlendirmiştir. DNA’nın hücrelere girme yeteneğinin kısıtlı oluşu ve DNA’nın enzimatik degredasyona uğrama ihtimali nedeniyle DNA transfeksiyonu çoğunlukla bir vektör aracılığıyla gerçekleştirilir. Bunlar, viral vektörler ve viral olmayan vektörler olarak iki gruba ayrılmaktadır. Adenovirus, adeno-assosiye virus, herpes simpleks ve retroviruslar viral vektörlerin başta gelen örnekleridir. Viral olmayan vektörler ise kendi içinde fiziksel ve kimyasal olarak ayrılır. Fiziksel metodlar: mikroenjeksiyon, partikül bombardımanı - gen tabancası, elektroporasyon, sonoporasyon, laser ışıması ve magnetofeksiyondur. Kimyasal metodlar viral vektörlere alternatif olarak ortaya çıkmış olan lipozomları kapsar. Bu vektörler, hücre çekirdeğine yapılacak gen transferini arttırmak amacıyla 3 önemli özelliğe sahip olmalıdır. Bunlar DNA’nın negatif yükünü maskelemek, DNA molekülünü sıkıştırarak taşıyacağı kargoyu kompakt hale getirmek ve onu hücre içi nükleaz degradasyonundan korumaktır. Lipozomlar gibi viral olmayan transfeksiyon sistemleri viruslardan daha fazla tercih edilir. Çünkü bunlar immünojenik değildir, yapımı kolaydır ve endüstriyel üretim amacıyla ölçek büyütme işlemi daha basittir. Lipozomal taşıma araçları morfoloji ve salınım karakteristiği açısından çeşitlilik sağlar; doku hedeflemede kullanılabilir ve plazmit DNA’yı degredatif nükleazların saldırılarından koruyabilir. 1987’de potansiyel taşıma sistemi olarak tanımlanmalarından beri, DNA-katyonik lipid kompleksleri çeşitli hücre tiplerinde farklı DNA aktarım protokollerinde kullanılmıştır ve halen gen terapisinin klinik çalışmaları için araştırılmaktadır. Bu derleme, yeni ve gelecek vaat eden bir teknik olarak kanser ve genetik temelli hastalıkların tedavisinde kullanılması hedeflenen gen terapisindeki kimyasal ve fiziksel yöntemleri anlatmaktadır.

Anahtar Kelimeler: Gen terapi, lipozomal vektörler, plazmit DNA, gen transferi

Azade Attar. Gene therapy techniques: Physical and chemical methods. Turk Hij Den Biyol Derg. 2017; 74(1): 103-112

Corresponding Author: Azade Attar, Türkiye
Manuscript Language: Turkish
LookUs & Online Makale