AAV-plasmid DNA simplifies liver-directed in vivo gene therapy: Comparison of expression levels after plasmid DNA-, adeno-associated virus- and adenovirus-mediated liver transfection

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	3 September 2013
Referee:	Prof. Dr. Edward K. Geissler
Date of exam:	27 August 2013
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Chirurgie
Keywords:	nonviral gene transfer, naked DNA gene transfer, AAV-plasmid, in-vivo gene therapy, nonviraler Gentransfer, Gentherapie, Plasmid-DNA, AAV
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	28770

Abstract (English)

Background: Successful liver gene therapy depends on efficient gene transfer techniques and long-lasting gene expression after successful transfer. Over the last decades important progress has been made with the introduction of viral vectors using animal models, but their use is hampered by a complex and costly preparation when compared to the simple and cost-effective preparation of plasmid ...

Abstract (English)

Background:
Successful liver gene therapy depends on efficient gene transfer techniques and long-lasting gene expression after successful transfer. Over the last decades important progress has been made with the introduction of viral vectors using animal models, but their use is hampered by a complex and costly preparation when compared to the simple and cost-effective preparation of plasmid DNA. These problems become even more critical when considering application of viral vectors in human gene therapy and gene therapy trials. In a recent report we were able to show that the hydrodynamics-based gene transfer of plasmid-DNA, containing the adeno-associated-virus specific inverted terminal repeats (AAV-ITR), prolong gene expression in the liver, but it remained unclear if plasmid gene transfer could achieve similar expression levels compared to viral-vector gene transfer.
Methods:
Rat livers were transfected in-vivo with AAV-ITR-containing plasmid-DNA using a modified hydrodynamics-based procedure. Expression levels were monitored thereafter and compared with expression levels after viral-vector gene transfer.
Results:
A high and stable long-term expression was achieved after in vivo transfection of rat livers with AAV-ITR-containing plasmids. The expression course resembled that after AAV-mediated gene transfer, and expression was at least as high, and lasted as long, as with rAAV-mediated gene transfer.
Conclusion:
We consider AAV-ITR-containing plasmids as a simple and cost-effective alternative to recombinant viral vectors, especially for liver-directed gene therapy in rodents. With ongoing progress in gene transfer methods for naked DNA, these plasmids may also become a successful alternative to recombinant viral vectors in human gene therapy.

Translation of the abstract (German)

Hintergrund: Eine erfolgreiche Leber-Gentherapie ist abhängig von effizienten Gentransfer-Techniken und einer lang anhaltende Genexpression nach erfolgreichem Gentransfer. In den letzten Jahrzehnten sind diesbezüglich zwar bedeutende Fortschritte durch die Verwendung von viralen Vektoren in Tiermodellen gemacht worden. Die Verwendbarkeit dieser Vektoren wird jedoch durch komplexe und kostspielige ...

Translation of the abstract (German)

Hintergrund:
Eine erfolgreiche Leber-Gentherapie ist abhängig von effizienten Gentransfer-Techniken und einer lang anhaltende Genexpression nach erfolgreichem Gentransfer. In den letzten Jahrzehnten sind diesbezüglich zwar bedeutende Fortschritte durch die Verwendung von viralen Vektoren in Tiermodellen gemacht worden. Die Verwendbarkeit dieser Vektoren wird jedoch durch komplexe und kostspielige Herstellungsverfahren stark eingeschränkt, insbesondere wenn man als Vergleich die einfache und kostengünstige Herstellung von Plasmid-DNA heranzieht, die prinzipiell auch als gentherapeutischer Vektor verwendet werden kann.
In einer kürzlich veröffentlichten Arbeit konnten wir zeigen, dass der Gentransfer von spezieller Plasmid-DNA, die sogenannte adeno-assoziierte Virus-spezifische inverted terminal repeats (AAV-ITR) enthielt, die Genexpression in der Leber verlängerte. Es war jedoch unklar, ob der Plasmid-DNA vermittelte Gentransfer ähnlich hohe Expressionsraten im Vergleich zum viralen Gentransfer erzielen würde.
Methoden:
Lebern von Ratten wurden in-vivo mit AAV-ITR-enthaltender Plasmid-DNA unter Verwendung eines modifizierten, hydrodynamisch-basierten Verfahrens transfiziert. Im Anschluß wurden die erzielten Expressionsraten mit den Expressionsraten nach viralem Gentransfer verglichen.
Ergebnisse:
Nach in vivo Transfektion von Rattenlebern mit AAV-ITR-haltigen Plasmiden wurde eine hohe und langfristig stabile Expression erreicht. Der Expressionsverlauf ähnelte dem Verlauf nach AAV-vermitteltem Gentransfer; die Expressionshöhe und -dauer entsprach mindestens derer nach rAAV-vermitteltem Gentransfer.
Zusammenfassung:
Wir betrachten AAV-ITR-haltige DNA-Plasmide als eine einfache und kostengünstige Alternative zu rekombinanten viralen Vektoren, insbesondere für die Leber-gerichtete Gentherapie im Kleintiermodell. Zunehmende Effizienz bei der Transfektion von Plasmid-DNA vorausgesetzt, können diese Plasmide auch zu einer erfolgreichen Alternative zu rekombinanten viralen Vektoren in der humanen Gentherapie werden.

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