Lipid-nucleic acid nanoparticles of novel ionizable lipids for systemic BMP-9 gene delivery to bone-marrow mesenchymal stem cells for osteoinduction

转染 基因传递 化学 细胞毒性 体内 遗传增强 骨髓 全身给药 生物化学 溶血 核酸 体外 骨形态发生蛋白2 细胞生物学 药理学 基因 生物 免疫学 生物技术
作者
Imran Vhora,Rohan Lalani,Priyanka Bhatt,Sushilkumar Patil,Ambikanandan Misra
出处
期刊:International Journal of Pharmaceutics [Elsevier]
卷期号:563: 324-336 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.ijpharm.2019.04.006
摘要

Rational design of novel ionizable lipids for development of lipid-nucleic acid nanoparticles (LNP) is required for safe and effective systemic gene delivery for osteoporosis. LNPs require suitable characteristics for intravenous administration and effective accumulation in bone marrow for enhanced transfection. Hence, lipids with C18 tail and ionizable headgroup (Boc-His-ODA/BHODA and His-ODA/HODA) were synthesized and characterized physicochemically. LNPs were prepared with bone morphogenetic protein-9 gene (BHODA-LNP, HODA-LNP, and bone-homing peptide targeted HODA-LNP - HODA-LNPT). Thorough physicochemical (electrolyte stability, DNase I and serum stability) and biological (hemolysis, ROS induction, cytotoxicity and transfection) characterization was carried out followed by acute toxicity studies and therapeutic performance studies in ovariectomized rat model. Lipids with pH dependent ionization were successfully synthesized. LNPs thereof were ∼100 nm size with stability against electrolytes, DNase I and serum and exhibited low hemolytic potential demonstrating suitability for intravenous administration. LNPs exhibited minimal cytotoxicity, non-significant ROS induction and high transfection. In vivo studies demonstrated safety and improved bone regeneration in OVX rats with HODA-LNPT showing significantly better performance. Synthesized ionizable lipids offer safe and effective alternative for preparation of LNPs for gene delivery. Targeted BMP-9 LNP show potential for systemic osteoporosis treatment.
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