The features and shortcomings for gene delivery of current non-viral carriers

Current Medicinal Chemistry

Volumn 13, Issue 18, 2006, Pages 2155-2161

  Kodama, Kota ^a,b,c   Katayama, Yoshiki ^a,d   Shoji, Yoko ^a,b   Nakashima, Hideki ^a,b  

^a Crest ^*  (Japan)

^b ST MARIANNA UNIVERSITY SCHOOL OF MEDICINE   (Japan)

^c GIFU UNIVERSITY   (Japan)

^d KYUSHU UNIVERSITY   (Japan)

Author keywords

Lipoplex; Non viral carrier; Polyplex

Indexed keywords

1,2 DIOLEOYL 3 TRIMETHYLAMMONIOPROPANE; ALPHA 1 ANTITRYPSIN; ASIALOOROSOMUCOID; BASIC FIBROBLAST GROWTH FACTOR; CASPASE 3; CHITOSAN; CYCLIC AMP DEPENDENT PROTEIN KINASE; DENDRIMER; DNA VACCINE; EYE DROPS; FOLIC ACID; LIPOFECTIN; LIPOPLEX; LIPOSOME; MACROGOL; NAKED DNA; NANOPARTICLE; PEANUT AGGLUTININ; POLYETHYLENEIMINE; POLYGLACTIN; POLYHISTIDINE; POLYLYSINE; POLYMER; PROTEIN P53; TRANSFERRIN;

DRUG DELIVERY SYSTEM; DRUG FORMULATION; DRUG STABILITY; EYE DISEASE; GENE EXPRESSION; GENE TARGETING; GENE TRANSFER; GENETIC TRANSFECTION; HEPATITIS C; HUMAN; HUMAN IMMUNODEFICIENCY VIRUS INFECTION; IMMUNOMODULATION; LUNG TUMOR; NONHUMAN; NONVIRAL GENE DELIVERY SYSTEM; NONVIRAL GENE THERAPY; REVIEW; SHELF LIFE; SOLID TUMOR; TRANSGENE; VACCINATION;

ANIMALS; GENE TRANSFER TECHNIQUES; HUMANS; LIPOSOMES; POLYETHYLENEIMINE; POLYLYSINE; POLYMERS; VIRUSES;

EID: 33746532636     PISSN: 09298673     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/092986706777935276     Document Type: Review

References (127)

1. Macilwain, C. Nature, 2000, 405, 983.
2. Anderson, W.F. Nature, 1998, 392, 25.
3. Wolff, J.A.; Malone, R.W.; Williams, P.; Chong, W.; Acsadi, G.; Jani, A.; Felgner, P.L. Science, 1990, 190247, 1465.
4. Liu, Y.; Liggitt, D.; Zhong, W.; Tu, G.; Gaensler, K.; Debs, R. J. Biol. Chem., 1995, 270, 24864.
5. Verma, I.M.; Somia, N. Nature, 1997, 389, 239.
6. Marshall, E. Science, 2000, 286, 2244.
7. Princen, F.; Lechanteur, C.; Lopez, M.; Gielen, J.; Bours, V.; Merville, M.P. J. Drug Target, 2000, 8, 79.
8. Smith, B.F.; Baker, H.J.; Curiel, D.T.; Jiang, W.; Conry, R.M. Gene Ther., 1998, 5, 865.
9. Velaz-Fiarcloth, M.; Cobb, A.J.; Horstman, A.L.; Henry, S.C.; Frothingham, R. Infect. Immun., 1999, 67, 4243.
10. Hickman, M.A.; Malone, R.W.; Lehmann-Bruinsma, K.; Sih, T.R.; Knoell, D.; Szoka, F.C.; Walzem, R.; Carlson, D.M.; Powell, J.S. Gene Ther., 1994, 5, 1477.
11. Zhang, G.; Vargo, D.; Budker, V.; Armstrong, N.; Knechtle, S.; Wolff, JA. Hum. Gene Ther., 1997, 8, 1763.
12. Yang, J.P.; Huang, L. Gene Ther., 1996, 3, 542.
13. Yu, W.H.; Kashani-Sabet, M.; Liggitt, D.; Moore, D.; Heath, T.D.; Debs, R.J. J. Invest. Dermatol., 1999, 112, 370.
14. Meyer, K.B.; Thompson, M.M.; Levy, M.Y.; Barren, L.G.; Szoka, F.C. Gene Ther., 1995, 2, 450.
15. Balasubramanian, R.P.; Bennet, M.J.; Aberle, A.M.; Malone, J.G.; Nantz, M.H.; Malone, R.W. Gene Ther., 1996, 3, 163.
16. Cohen, H.; Levy, R.J.; Gao, J.; Fishbein, I.; Kousaev, V.; Sosnowski, S.; Slomkowski, S.; Golomb, G. Gene Ther., 2000, 7, 1896.
17. Uchegbu, I.F.; Schätzlein, A.G.; Tetley, L.; Gray, A.I.; Sludden, J.; Siddique, S.; Mosha, E. J. Pharm. Pharmacol., 1998, 50, 453.
18. Filion, M.C.; Phillips, N.C. Int. J. Pharm., 1998, 162, 159.
19. Felgner, P.L.; Gadek, T.R.; Holm, M.; Roman, R.; Chan, H.W.; Wenz, M.; Northrop, J.P.; Ringold, G.M.; Danielsen, M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1987, 84, 7413.
20. Porteous, D.J.; Dorin, J.R.; McLachlan, G.; DavidsonSmith, H.; Davidson, H.; Stevenson, B.J.; Carothers, A.D.; Wallace, W.A.H.; Moralee, S.; Hoenes, C.; Kallmeyer, G.; Michaelis, U.; Naujoks, K.; Ho, L.P.; Samways, J.M.; Imrie, M.; Greening, A.P.; Innes, J.A. Gene Ther., 1997, 4, 210.
21. Laitinen, M.; Hartikainen, J.; Hiltunen, M.O.; Eranen, J.; Kiviniemi, M.; Narvanen, O.; Makinen, K.; Manninen, H.; Syvanne, M.; Martin, J.F.; Laakso, M.; Yla-Herttuala, S. Hum. Gene Ther., 2000, 11, 263-270.
22. Wheeler, C.J.; Sukhu, L.; Yang, G.; Tsai, Y.; Bustamente, C.; Felgner, P.; Norman, J.; Manthorpe, M. Biochim. Biophys. Acta, 1996, 1280, 1.
23. Remy, J.S.; Sirlin, C.; Vierling, P.; Behr, J.P. Bioconjug. Chem., 1994, 5, 647.
24. da Cruz, M.T.; Simoes, S.; Pires, P.P.; Nir, S.; de Lima, M.C. Biochim. Biophys. Acta, 2001, 1510, 136.
25. Farhood, H.; Serbina, N.; Huang, L. Biochim. Biophys. Acta, 1995, 1235, 289.
26. Semple, S.C.; Chonn, A.; Cullis, P.R. Biochemistry, 1996, 35, 2521.
27. Hong, K.; Zheng, W.; Baker, A.; Papahadjopoulos, D. FEBS Lett., 1997, 400, 233.
28. Liu, Y.; Liggitt, D.; Zhong, W.; Tu, G.; Gaensler, K.; Debs, R. J. Biol. Chem., 1995, 270, 24864.
29. Song, Y.K.; Liu, D. Biochim. Biophys. Acta, 1998, 1372, 141.
30. Barron, L.G.; Uyechi, L.; Szoka, F.J. Jr. Gene Ther., 1999, 6, 1179.
31. Barron, L.G.; Gagne, L.; Szoka, F.C. Jr. Hum. Gene Ther., 1999, 10, 1683.
32. Monck, M.A.; Mori, A.; Lee, D.; Tam, P.; Wheeler, J.J.; Cullis, P.R.; Scherrer, P. J. Drug Target, 2000, 7, 439.
33. Ishiwata, N.; Suzuki, S.; Ando, H., Kikuchi-Kitagawa, T. J. Control. Release, 2000, 69, 139.
34. Song, Y.K.; Liu, F.; Liu, D. Gene Ther., 1998, 5, 1531.
35. Song, Y.K.; Liu, F.; Chu, S.; Liu, D. Hum. Gene Ther., 1997, 8, 1585.
36. Anwer, K.; Kao, G.; Proctor, B.; Anscombe, I.; Florack, V.; Earls, R.; Wilson, E.; McCreery, T.; Unger, E.; Rolland, A.; Sullivan, S.M. Gene Ther., 2000, 7, 1833.
37. Anwer, K.; Kao, G.; Proctor, B.; Rolland, A.; Sullivan, S. J. Drug Target., 2000, 8, 125.
38. Blume, G.; Cevc, G. Biochim. Biophys. Acta, 1990, 1029, 91.
39. Harvie, P.; Wong, F.M.; Bally, M.B. J. Pharm. Sci., 2000, 89, 652.
40. Canonico, A.E.; Conary, J.T.; Meyrick, B.O.; Brigham, K.L. Am. J Resp. Cell Mol. Biol., 1994, 10, 24.
41. Griesenbach, U.; Chonn, A.; Cassady, R.; Hannam, V.; Ackerley, C.; Post, M.; Tanswell, A.K.; Olek, K.; O'Brodovich, H.; Tsui, L.C. Gene Ther., 1998, 5, 181.
42. Zhou, X.H.; Klibanov, A.L.; Huang, L. Biochim. Biophys. Acta., 1991, 1065, 8.
43. Stribling, R.; Brunette, E.; Liggit, D.; Gaensler, K.; Debs, R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, 89, 11277.
44. Crook, K.; McLachlan, G.; Stevenson, B.J.; Porteous, D.J. Gene Ther., 1996, 3, 834.
45. Allison, S.D.; Molina, M.C.; Anchordoquy, T.J. Biochim. Biophys. Acta, 2000, 1468, 127.
46. Wu, G.Y.; Wu, C.H. J. Biol. Chem., 1987, 262, 4429.
47. Cotton, M.; Langle-Rouault, F.; Kirlappos, H.; Wagner, E.; Mechtler, K.; Zenke, H.; Beug, M.; Birnstiel, M.L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 4033.
48. Wagner, E.; Zenke, M.; Cotton, M.; Beug, H.; Birnstiel, M.L. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, 87, 3410.
49. Curiel, D.T.; Birnstiel, M.L.; Cotton, M.; Wagner, E.; Zatloukal, K.; Lank, C.; Oberhauser, B.; Schmidt, W.G.M. 1996. United States Pat. 5,547,932.
50. Mislick, K.A.; Baldeschwieler, J.D.; Kayyem, J.F,.; Meade, T.J. Bioconjug. Chem., 1995, 6, 512.
51. Chen, J.; Gamuo, S.; Takayanagi, A., Shimizu, N. FEBS Lett., 1994, 338, 167.
52. Schachtschabel, U.; Pavlinkova, G.; Lou, D.; Kohler, H. Cancer Gene Ther., 1996, 3, 365.
53. Shimizu, N.; Chen, J.B.; Gamou, S.; Takayanagi, A. Cancer Gene Ther., 1996, 3, 113.
54. Sosnowski, B.A.; Gonzalez, A.M.; Chandler, L.A.; Buechler, Y.J.; Pierce, G.F.; Baird, A. J. Biol. Chem., 1996, 271, 33647.
55. Brown, M.D.; Schätzlein, A.; Brownlie, A.; Jack, V.; Wang, W.; Tetley, L.; Gray, A.I.; Uchegbu, I.F. Bioconjug. Chem., 2000, 11, 880.
56. Wadhwa, M.S.; Collard, W.T.; Adami, R.C.; McKenzie, D.L.; Rice, K.G. Bioconjug. Chem., 1997, 8, 81.
57. Pouton, C.W.; Lucas, P.; Thomas, B.J.; Uduehi, A.N.; Milroy, D.A.; Moss, S.H. J. Control. Release, 1998, 53, 289.
58. Schaffer, D.V.; Lauffenburger, D.A. J. Biol. Chem., 1998, 273, 28004.
59. Surovoy, A.; Flechsler, I.; Jung, G. Adv. Exp. Med. Biol., 1998, 451, 461.
60. Benns, J.M.; Choi, J.S.; Mahato, R.I.; Park, J.S.; Kim, S.W. Bioconjug. Chem., 2000, 11, 637.
61. Midoux, P.; Monsigny, M. Bioconjug. Chem., 1999, 10, 406.
62. Pack, D.W.; Putnam, D.; Langer, R. Biotechnol. Bioeng., 2000, 67, 217.
63. McKenzie, D.L.; Kwok, K.Y.; Rice, K.G. J. Biol. Chem., 2000, 275, 9970.
64. Chiou, H.C.; Tangco, M.V.; Levine, S.M.; Robertson, D.; Kormis, K.; Wu, C.H.; Wu, G.Y. Nucleic Acids Res., 1994, 2, 5349.
65. Monck, M.A.; Mori, A.; Lee, D.; Tam, P.; Wheeler, J.J.; Cullis, P.R.; Scherrer P. J. Drug Target, 2000, 7, 439.
66. Dash, P.R.; Read, M.L.; Barrett, L.B.; Wolfert, M.A.; Seymour, L.W. Gene Ther., 1999, 6, 643.
67. Dash, P.R.; Read, M.L.; Fisher, K.D.; Howard, K.A.; Wolfert, M.; Oupicky, D., Subr, V.; Strohalm, J.; Ulbrich, K.; Seymour, L.W. J. Biol. Chem., 2000, 275, 3793.
68. Fisher, K.D.; Ulbrich, K.; Subr, V.; Ward, C.M.; Mautner, V.; Blakey, D.; Seymour, L.W. Gene Ther., 2000, 7, 1337.
69. Boussif, O.; Lezoualc'h, F.; Zanta, M.A.; Mergny, M.D.; Scherman, D.; Demeneix, B.; Behr, J.P. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1995, 92, 7297.
70. Boussif, O.; Zanta, M.A.; Behr, J.P. Gene Ther., 1996, 3, 1074.
71. Chemin, I.; Moradpour, D.; Wieland, S.; Offensperger, W.B.; Walter, E.; Behr, J.P.; Blum, H.E. J. Viral. Hepat., 1998, 5, 369.
72. Klemm, A.R.; Young, D.; Lloyd, J.B. Biochem. Pharmacol., 1998, 56, 41.
73. Fischer, D.; Bieber, T.; Li, Y.; Elsasser, H.P.; Kissel, T. Pharm. Res., 1999, 16, 1273.
74. Godbey, W.T.; Wu, K.K.; Mikos, A.G. J. Biomed. Mater. Res., 1999, 45, 268.
75. Ferrari, S.; Moro, E.; Pettenazzo, A.; Behr, J.P.; Zacchello, F.; Scarpa, M. Gene Ther., 1997, 4, 1100.
76. Kircheis, R.; Kichler, A.; Wallner, G.; Kursa, M.; Ogris, M.; Felzmann, T.; Buchberger, M.; Wagner, E. Gene Ther., 1997, 4, 409.
77. Zanta, M.A.; Boussif, O.; Adib, A.; Behr, J.P. Bioconjug. Chem., 1997, 8, 839.
78. Li, B.; Li, S.; Tan, Y.D.; Stolz, D.B.; Watkins, S.C.; Block, L.H.; Huang, L. J. Pharm. Sci., 2000, 89, 355.
79. Li, S.; Tan, Y.; Viroonchatapan, E., Pitt, B.R.; Huang, L. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol., 2000, 278, L504.
80. Yamazaki, Y.; Nango, M.; Matsura, M.; Hasegawa, Y.; Hasegawa, M.; Oku, N. Gene Ther., 2000, 7, 1148.
81. Boletta, A.; Benigni, A.; Lutz, J.; Remuzzi, G.; Soria, M.R.; Monaco, L. Hum. Gene Ther., 1997, 8, 1243.
82. Lemkine, G.F.; Goula, D.; Becker, N., Paleari, L.; Levi, G.; Demeneix, B.A. J. Drug Target, 1999, 7, 305.
83. Coll, J.L.; Chollet, P.; Brambilla, E.; Desplanques, D.; Behr, J.P.; Favrot, M. Hum. Gene Ther., 1999, 10, 1659.
84. Aoki, K.; Yoshida, T.; Sugimura, T.; Terada, M. Cancer Res., 1995, 55, 3810.
85. Nguyen, H.K.; Lemieux, P.; Vinogradov, S.V.; Gebhart, C.L.; Guerin, N.; Paradis, G.; Bronich, T.K.; Alakhov, V.Y.; Kabanov, A.V. Gene Ther., 2000, 7, 126.
86. Ogris, M.; Brunner, S.; Schuller, S.; Kircheis, R.; Wagner, E. Gene Ther., 1999, 6, 595.
87. Choi, J.H.; Choi, J.S.; Suh, H., Park, J.S. Bull. Korean Chem. Soc., 2001, 22, 46.
88. Harvie, P.; Wong, F.M.; Bally, M.B. J. Pharm. Sci., 2000, 89, 652.
89. Bragonzi, A.; Boletta, A.; Biffi, A.; Muggia, A.; Sersale, G.; Cheng, S.H.; Bordignon, C.; Assael, B.M.; Conese, M. Gene Ther., 1999, 6, 1995.
90. Zhang, F.; Andreassen, P.; Fender, P.; Geissler, E.; Hernandez, J.F.; Chroboczek, J. Gene Ther., 1999, 6, 171.
91. Hennink, W.E.; Cherng, J.Y., Jiskoot, W.; Talsma, H.; Crommelin, D.J.A. STP. Pharm. Sci., 2001, 11, 11.
92. Kabanov, A.V.; Astafieva, I.V.; Maksimova, I.V.; Lukanidin, E.M.; Georgiev, G.P.; Kabanov, V.A. Bioconjug. Chem., 1993, 4, 448.
93. Murata, J.; Ohya, Y.; Ouchi, T. Carbohydr. Polym., 1996, 29, 69.
94. Murata, J.; Nagae, H.; Ohya, Y.; Ouchi, T. J. Biomater. Sci. Polym. Ed., 1997, 8, 931.
95. Erbacher, P.; Zou, S.; Bettinger, T.; Steffan, A.M.; Remy, J.S. Pharm. Res., 1998, 15, 1332.
96. Roy, K.; Mao, H.Q.; Huang, S.K.; Leong, K.W. Nat. Med., 1999, 5, 387.
97. Bielinska, A.; Johnson, J.; Kukowskalatallo, J.; Tomalia, D.; Spindler, R.; Baker, J. FASEB J., 1995, 9, A312.
98. Bielinska, A.U.; KukowskaLatallo, J.F.; Baker, J.R. Biochim. Biophys. Acta, 1997, 1353, 180.
99. Kukowska-Latallo, J.F.; Bielinska, A.U.; Johnson, J.; Spindler, R.; Tomalia, D.A.; Baker, J.R. Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93, 4897.
100. Bielinska, A.U.; Chen, C.L.; Johnson, J.; Baker, J.R. Jr. Bioconjug. Chem., 1999, 10, 843.
101. Bielinska, A.U.; Yen, A.; Wu, H.L.; Zahos, K.M.; Sun, R.; Weiner, N.D.; Baker, J.R. Jr., Roessler, B.J. Biomaterials, 2000, 21, 877.
102. Du, B.; Zhou, R.J.; Zhuo, R.X. Chim. Chem. Lett., 1998, 9, 635.
103. Mamoun, C.B., Truong, R.; Gluzman, I.; Akopyants, N.S.; Oksman, A.; Goldberg, D.E. Mol. Biochem. Parasitol., 1999, 103, 117.
104. Loup, C.; Zanta, M.A.; Caminade, A.M.; Majoral, J.P.; Meunier, B. Chem. Eur. J., 1999, 5, 3644.
105. Shah, D.S.; Sakthivel, T.; Toth, I.; Florence, A.T.; Wilderspin, A.F. Int. J. Pharm., 2000, 208, 41.
106. Toth, I.; Sakthivel, T., Wilderspin, A.F.; Bayele, H.; Odonnell, M.; Perry, D.J.; Pasi, C.A.; Lee, K.J.; Florence, A.T. STP. Pharm. Sci., 1999, 9, 93.
107. Lee, R.J.; Wang, S.; Low, P.S. Biochim. Biophys. Acta, 1996, 1312, 237.
108. Tang, M.X.; Redemann, C.T.; Szoka, F.C. Jr. Bioconjug. Chem., 1996, 7, 703.
109. Hudde, T.; Rayner, S.A.; Comer, R.M.; Weber, M.; Isaacs, J.D.; Waldmann, H.; Larkin, D.F.; George, A.J. Gene Ther., 1999, 6, 939.
110. Turunen, M.P.; Hiltunen, M.O.; Ruponen, M.; Virkamaki, L.; Szoka, F.C. Jr.; Urtti, A.; Yla-Herttuala, S. Gene Ther., 1999, 6, 6.
111. Varga, C.M.; Wickham, T.J.; Lauffenburger, D.A. Biotechnol. Bioeng., 2000, 70, 593.
112. Hood, J.D.; Bednarski, M.; Frausto, R.; Guccione, S.; Reisfeld, R.A.; Xiang, R.; Cheresh, D.A. Science, 2002, 296, 2404.
113. Meers, P. Adv. Drug Deliv. Rev., 2001, 53, 265.
114. Torchilin, V.P. Eur. J. Pharmaceut. Sci., 2000, Suppl 2, S81.
115. Garnett, M.C. Adv. Drug Deliv. Rev., 2001, 53, 171.
116. Kato, Y,; Onishi, H.; Machida, Y. J. Control. Release, 2001, 70, 295.
117. Hartmann, A.; Hunot, S.; Michel, P.P.; Muriel, M.P.; Vyas, S.; Faucheux, B.A.; Mouatt-Prigent, A.; Turmel, H.; Srinivasan, A.; Ruberg, M.; Evan, G.I.; Agid, Y.; Hirsch, E.C. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97, 2875.
118. Gopalakrishna, R.; Jaken, S. Free Radic. Biol. Med., 2000, 28, 1349.
119. Graff, J.R.; Konicek, B.W.; McNulty, A.M.; Wang, Z.; Houck, K.; Allen, S.; Paul, J.D.; Hbaiu, A.; Goode, R.G.; Sandusky, G.E. J. Biol. Chem., 2000, 275, 24500.
120. Page, C.; Huang, M.; Jin, X.; Cho, K.; Lilja, J.; Reynolds, R.K.; Lin, J. Int. J. Oncol., 2000, 17, 23.
121. Kim, S.H.; Forman, A.P.; Mathews, M.B.; Gunnery, S. Oncogene, 2000, 19, 3086.
122. Price, D.T.; Rocca, G.D.; Guo, C.; Ballo, M.S.; Schwinn, D.A.; Luttrell, L.M. J. Urol., 1999, 162, 1537.
123. Nemoto, T.; Ohashi, K.; Akashi, T.; Johnson, J.D.; Hirokawa, K. Pathobiology, 1997, 65, 195.
124. Shimizu, T.; Usuda N.; Sugenoya, A.; Masuda, H.; Hagiwara, M.; Hidaka, H.; Nagata, T.; Iida, F. Cell Mol. Biol., 1991, 37, 813.
125. Kawamura, K.; Oishi, J.; Kang, J.H.; Kodama, K.; Sonoda, T.; Murata, M.; Niidome, T.; Katayama, Y. Biomacromolecules, 2005, 6, 908.
126. Katayama, Y.; Fujii, K.; Ito, E.; Sakakihara, S.; Sonoda, T.; Murata, M.; Maeda M. Biomacromolecules, 2002, 3, 905.
127. Sakakihara, S.; Fujii, K.; Katayama, Y. Nucleic Acid Res., 2001, Suppl. 1, 14.