La magnétofection, également connue sous le nom de transfection magnétique, est une procédure dans laquelle l’acide nucléique est lié aux nanoparticules magnétiques (MNP) suivies de leur livraison dans les cellules eucaryotes par l’application de la force magnétique. Les nanoparticules magnétiques sont habituellement constituées d’oxyde de fer et dégradées dans les cellules vivantes, ne présentant donc aucun danger pour les cellules. Cette technique a des applications plus larges dans la recherche moléculaire, la biologie cellulaire et les applications thérapeutiques potentielles (1).
Comment fonctionne la magnétofection
Dans la magnétofection, les acides nucléiques sont d’abord liés aux MNP, suivis de leur distribution dans les cellules eucaryotes à l’aide d’un champ magnétique. La liaison des acides nucléiques [acide désoxyribonucléique (ADN) et acide ribonucléique (ARN)] aux MNP est facilitée par des interactions électrostatiques. L’ADN et l’ARN ont des charges de surface négatives et sont attirés vers des matériaux positifs (cationiques) à la surface des MNP. Les expériences in vitro et in vivo ont prouvé que les molécules d’acide nucléique liées aux MNP sont transférées à l’intérieur de la cellule par magnétofection de manière très efficace (2).
Avantages de la magnétofection par rapport aux autres méthodes de transfection
La transfection est une procédure pour délivrer des acides nucléiques à l’intérieur des cellules eucaryotes en utilisant des méthodes physiques ou chimiques. Le transfert d’acides nucléiques par vecteurs viraux dans les cellules est classé comme transduction; cependant, leur distribution est parfois assurée par des méthodes de transfection. La magnétofection, y compris plusieurs autres méthodes comme la microinjection, la sonoporation, l’électroporation, le pistolet à gènes, la nucléosection, les micronésules et la magnétoporation, entrent dans la catégorie des méthodes physiques. Les méthodes de transfection chimique sont principalement à base de lipides ou de polymères. Plusieurs modifications des méthodologies chimiques telles que les nanoparticules, les points quantiques et l’administration d’acide nucléique à médiation graphène avec des nanoparticules de silice ou des nanotubes de carbone sont également utilisées dans certains protocoles. Cependant, parmi toutes ces méthodes, la magnétofection est relativement plus simple d’utilisation, efficace dans la livraison d’acide nucléique et économique par rapport à toutes les autres méthodologies qui impliquent des équipements sophistiqués et des formulations complexes.
La livraison d’acides nucléiques libres ou de gènes thérapeutiques contenant des vecteurs dans les cellules/tissus eucaryotes est assez difficile. Dans les environnements intracellulaires, les enzymes dégradantes empêchent l’apport de matériel génétique thérapeutique à l’intérieur des cellules/tissus. La magnétofection a été reconnue comme l’un des outils les plus puissants pour fournir des acides nucléiques intacts/fonctionnels et des vecteurs contenant du matériel génétique spécifique utilisé, ayant ainsi le potentiel de corriger le gène dysfonctionnel (3).
Supposons que la magnétofection est utilisée pour la livraison de l’ARN. Dans ce cas, il devrait être transféré dans le cytoplasme cellulaire pour l’expression. En revanche, l’ADN pénètre d’abord dans le noyau, puis forme l’ARN messager qui sort vers le cytoplasme pour exprimer le produit désiré.
Plusieurs rapports scientifiques ont fourni une preuve de concept sur la supériorité de la magnétofection par rapport à d’autres procédures de transfection. Selon une étude in vitro de transfert de gène dans les cellules microgliales qui protègent notre cerveau, la magnétofection a transféré efficacement le matériel génétique par rapport aux méthodologies conventionnelles de transfert de gène (4).
Progrès récents en matière de magnétofection :
La magnétofection a de nombreuses applications dans les protocoles de thérapie génique dans lesquels les gènes défectueux sont remplacés par des gènes sains dans les cellules/tissus humains. Par rapport à d’autres protocoles, la transmission de gènes saints par magnétofection dans les cellules humaines est considérée comme la plus prometteuse. Cependant, des recherches sont en cours pour développer une formulation appropriée et des compétences appropriées en matière de champ magnétique. La thérapie génique par magnétofection à des fins thérapeutiques en plus de l’administration ciblée offre l’avantage unique d’être moins invasive (5).
Le transfert d’acide nucléique par nanoparticules magnétiques dans les cellules souches (6) et la souplesse de la méthodologie (7) ajoutent à sa polyvalence pour son utilisation extensive en médecine régénérative et en maladies génétiques.
La magnétofection dans la pratique clinique
Il est devenu un fait que la magnétofection, si elle est correctement utilisée, pourrait transférer efficacement des acides nucléiques ainsi que des gènes thérapeutiques contenant des vecteurs viraux dans les cellules/tissus humains. Cependant, son développement pour l’utilisation clinique est entravé en raison de la nature chimique du devenir des MNP in vivo. Des recherches sont en cours sur la bioévaluation des MNP pour leur utilisation clinique potentielle dans les protocoles de thérapie génique impliquant la magnétofection (8). En ce qui concerne les applications cliniques de la magnétofection, l’administration ciblée dans les tissus cancéreux pour contrôler plusieurs types de cancer est très prometteuse (9).
Sources:
- Plank C, Anton M, Rudolph C, Rosenecker J, Krotz F. Enhancing and targeting nucleic acid delivery by magnetic force. Expert Opin Biol Ther. 2003;3(5):745-58.
- Bi Q, Song X, Hu A, Luo T, Jin R, Ai H, et al. Magnetofection: Magic magnetic nanoparticles for efficient gene delivery. Chinese Chemical Letters – doi: https://doiorg/101016/jcclet202007030. 2020.
- Scherer F, Anton M, Schillinger U, Henke J, Bergemann C, Kruger A, et al. Magnetofection: enhancing and targeting gene delivery by magnetic force in vitro and in vivo. Gene Ther. 2002;9(2):102-9.
- Smolders S, Kessels S, Smolders SM, Poulhes F, Zelphati O, Sapet C, et al. Magnetofection is superior to other chemical transfection methods in a microglial cell line. J Neurosci Methods. 2018;293:169-73.
- Qunjie B, Song X, Hu A, Luo T, Jin R, Ai H, et al. Magnetofection: Magic magnetic nanoparticles for efficient gene delivery[J]. . Chinese Chemical Letters. 2020;31(12):3041-6.
- Yamoah MA, Thai PN, Zhang X. Transgene Delivery to Human Induced Pluripotent Stem Cells Using Nanoparticles. Pharmaceuticals. 2021;14(4):334.
- Blokpoel Ferreras LA, Chan SY, Vazquez Reina S, Dixon JE. Rapidly Transducing and Spatially Localized Magnetofection Using Peptide-Mediated Non-Viral Gene Delivery Based on Iron Oxide Nanoparticles. ACS Appl Nano Mater. 2021;4(1):167-81.
- Dragar C, Kralj S, Kocbek P. Bioevaluation methods for iron-oxide-based magnetic nanoparticles. Int J Pharm. 2021;597:120348.
- Belete TM. The Current Status of Gene Therapy for the Treatment of Cancer. Biologics. 2021;15:67-77.
