Developing a nanoinjection method for genetic and epigenetic
- Reference number
- ITM17-0275
- Start and end dates
- 190101-231231
- Amount granted
- 7 823 747 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Currently, the development of stem cell applications for fundamental research and clinical medicine is hampered by the lack of an efficient mean to deliver biomolecule complexes to the cell interior. Current methods include the use of viral vectors, which are inefficient, costly, lack scalability, can be unsafe due to insertional mutagenesis, and are limited in their cargo size. Alternative methods, such as liposome carriers also suffer from low efficiency, poor cell viability and limited cargo size. In this project, we will develop a platform for achieving efficient, minimally invasive, injection of biomolecule complexes such as CRISPR, into stem cells. We will use nanotubes, in combination with centrifugation and electric fields to deliver biomolecules inside stem cells with high efficiency. The project focuses on two groundbreaking applications: (i) genetic editing in hematopoietic stem cells for gene therapy applications and (ii) epigenetic editing of stem cells to direct them to, e.g. muscle cells (for increased glucose uptake) and insulin-secreting β-cells for type 2 diabetes therapeutics development. Beyond these two applications, the method development will have broad consequences for both basic research and downstream clinical implementation. The project addresses multiple industrial and societal needs, by enabling efficient and precise manipulation of cells, leading to new avenues in therapeutics for a multitude of diseases.
Popular science description
Stamceller är ytterst lovande verktyg inom medicin. Ett viktigt problem är dock att forksningen och utvecklingen inom fältet hindras av svårigheter att få in molekyler i stamcellerna för att kunna styra dem på rätt sätt. Ofta används virus för att på ett naturligt sätt få in DNA och annan arvsmassa i cellerna, men metoden är dyrbar, kan vara osäker och har begränsningarna vilka molekyler som kan föras in. Liposomer, små fett-ballonger, kan fungera som ett alternativ, men fungerar heller inte riktigt bra. I vårt projekt kommer vi att använda nanorör, i kombination med centrifugering och elektriska fält för att leverera biomolekyler till stamcellerna med hög effektivitet. Den nyutvecklade metoden möjliggör bland annat korrigering av defekter i den genetiska koden utan att skada cellen. Projektet kommer att inriktas på två banbrytande tillämpningar: (i) genetisk redigering av blodstamceller för genterapi och (ii) epigenetisk redigering av stamceller för att göra om dem till t.ex. muskelceller (för ökad glukosupptag) och insulin-utsöndrande β-celler för utveckling av typ 2-diabetesbehandling. Utöver dessa två tillämpningar förväntar vi oss att våra utvecklade metoder kommer att få bred användning i både grundforskning och på kliniken. Till exempel kommer utvecklingen av metoden att ha en enorm inverkan som nytt forskningsverktyg i medicinska laboratorier för exakt manipulation av cellinnehåll och genom. På lång sikt förväntar vi oss att projektet kommer att adressera flera industriella och samhälleliga behov genom att öppna för nya vägar inom terapi för flera olika typer av sjukdomar.