Advances in Clinical and Experimental Medicine

Title abbreviation: Adv Clin Exp Med
5-Year IF – 2.0, IF – 1.9, JCI (2024) – 0.43
Scopus CiteScore – 4.3
Q1 in SJR 2024, SJR score – 0.598, H-index: 49 (SJR)
ICV – 161.00; MNiSW – 70 pts
Initial editorial assessment and first decision within 24 h

ISSN 1899–5276 (print), ISSN 2451-2680 (online)
Periodicity – monthly

Download original text (EN)

Advances in Clinical and Experimental Medicine

2008, vol. 17, nr 6, November-December, p. 625–634

Publication type: original article

Language: English

Transfection Efficiency and Cytotoxicity of Transfection Reagents in Human Umbilical Vein Endothelial Cells

Wydajność transfekcji i cytotoksyczność czynników transfekcyjnych w komórkach śródbłonka ludzkiej żyły pępowinowej

Anna Sadakierska−Chudy1,, Dagmara Baczyńska2,, Jan Skóra3,, Elżbieta Gębarowska4,, Artur Pupka3,, Tadeusz Dobosz1,

1 Department of Forensic Medicine, Molecular Techniques Unit, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

2 Institute of Biochemistry and Molecular Biology, Department of Cell Pathology, Wrocław University, Poland

3 Department and Clinic of General and Vascular Surgery and Transplantology, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

4 Department of Histology and Embryology, Silesian Piasts University of Medicine in Wrocław, Poland

Abstract

Background. Gene therapy is a new approach in the treatment of cardiovascular diseases such as atherosclerosis, restenosis, hypertension, and thrombotic disease. Non−viral delivery systems have low transfection efficiency, especially in primary cells such as vascular endothelial cells. To improve the delivery efficiency of genetic material into cells by non−viral carriers, further investigations are required.
Objectives. The purpose of this study was to evaluate non−viral transfection reagents with respect to transfection efficiency and cytotoxicity in the HUVEC line. The transcriptional activities of the CMV and SV40 promoters in human endothelial cells were also analyzed and compared.
Material and Methods. Four commercially available transfection reagents (ExGen 500, jetPEITM, FuGENE® HD, and MetafecteneTM PRO) and EGFP−encoding plasmid were studied. In vitro transfection efficiency in the HUVEC line was assayed by the number of EGFP−expressing cells using fluorescence microscope. Cytotoxicity was assessed 24 h later by Hoechst 33258 staining.
Results. The results indicated that transfection efficiency depended on the type of reagent. The linear polyethylenimine agents ExGen 500 and jetPEITM were significantly more cytotoxic than the lipid compounds; they changed the cells’ morphology and decreased their viability. Moreover, the CMV promoter had a higher ability to express the reporter gene (EGFP) than the SV40 promoter.
Conclusion. Considering the transfection efficiency and lack of cytotoxicity in HUVECs, it was established that FuGENE® HD in the ratio of 5 : 2 was the most effective of the four reagents used for HUVEC line transfection.

Streszczenie

Wprowadzenie. Terapia genowa jest nową metodą leczenia chorób sercowo−naczyniowych, takich jak: miażdżyca, restenoza, nadciśnienie i choroby zakrzepowe. Nośniki niewirusowe charakteryzuje mała wydajność transfekcji, szczególnie w przypadku komórek pierwotnych, do których należą komórki śródbłonka naczyń. Aby poprawić wydajność dostarczania materiału genetycznego do komórek z użyciem niewirusowych nośników, są konieczne dalsze badania.
Cel pracy. Ocena wydajności transfekcji i cytotoksyczności niewirusowych czynników transfekcyjnych w komórkach śródbłonka ludzkiej żyły pępowinowej. Analiza i porównanie aktywności transkrypcyjnej promotorów CMV i SV40 w linii HUVEC.
Materiał i metody. Badano cztery komercyjnie dostępne czynniki transfekcyjne (ExGen 500, jetPEITM, FuGENE® HD and MetafecteneTM PRO) i plazmid kodujący białko EGFP. Oceny wydajności transfekcji in vitro dokonywano przez liczenie komórek ekspresjonujących białko EGFP w mikroskopie fluorescencyjnym. Cytotoksyczność oceniano po 24 godzinach przez barwienie komórek barwnikiem Hoechst 33258.
Wyniki. Uzyskane dane wskazują, że wydajność transfekcji zależy od rodzaju czynnika transfekcyjnego. Liniowe polietylenoiminy (ExGen 500, jetPEITM) wykazywały wyższą cytotoksyczność niż czynniki lipidowe, zmieniały morfologię komórek i zmniejszały ich żywotność. Promotor CMV wykazywał ponadto większą zdolność ekspresji genu reporterowego w badanych komórkach niż promotor SV40.
Wnioski. Uwzględniając wydajność transfekcji i brak toksycznego wpływu na komórki śródbłonka ustalono, że spośród wszystkich badanych czynników FuGENE® HD użyty w stosunku 5 : 2 był optymalnym czynnikiem transfekcyjnym dla komórek śródbłonka.

Key words

cytotoxicity, linear polyethylenimines, lipid reagents, HUVEC

Słowa kluczowe

cytotoksyczność, liniowe polietylenoiminy, czynniki lipidowe, HUVEC

References (23)

  1. Serruys PW, Luijten HE, Beatt KJ, Geuskens R, de Feyter PJ, van den Brand M, Reiber JH, ten Katen HJ, van Es GA, Hugenholtz PG: Incidence of restenosis after successful coronary angioplasty: a time−related phenomenon: a quantitative angiographic study in 342 consecutive patients at 1, 2, 3, and 4 months. Circulation 1988, 77, 361–371.
  2. Yla−Herttula S, Martin JF: Cardiovascular gene therapy. Lancet 2000, 355, 213–222.
  3. Ross R: The pathogenesis of atherosclerosis: A perspective for the 1990s. Nature 1993, 362, 801–809.
  4. Rutanen J, Markkanen J, Yla−Herttuala S: Gene therapy for restenosis: current status. Drugs 2002, 62, 1575–1585.
  5. Mazur W, Nadir M, Raizner AE, French BA: Coronary restenosis and gene therapy. Tex Heart Ins J 1994, 21, 104–111.
  6. Lechardeur D, Lukacs G: Nucleocytoplasmic transport of plasmid DNA: A prilous journey from the cytoplasm to the nucleus. Hum Gene Ther 2006, 17, 882–889.
  7. Gao X, Kim KS, Liu D: Nonviral gene delivery: What we know and what is next. AAPS J 2007, 9, E92–E104.
  8. Beher J: The proton sponge – a trick to enter cells the viruses did not exploit. CHMIA 1997, 51, 34–36.
  9. Hiltunen MO, Turunrn MP, Yla−Herttula S: Gene therapy methods in cardiovascular diseases. Meth Enzymol 2002, 346, 311–320.
  10. Godbey WT, Wu KK, Mikos AG: Poly(ethylenimine)−mediated gene delivery affects endothelial cell function and viability. Biomaterials 2001, 22, 471–480.
  11. Helander IM, Alakomi HL, Latva−Kala K, Koski P: Polyethyleneimine is an effective permeabilizer of gramnegative bacteria. Microbiology 1997, 143, 3193–3199.
  12. Rughetti A, Biffoni M, Sabbatucci M, Rahimi H, Pellicciotta I, Fattorossi A, Pierelli L, Scambia G, Lavitrano M, Frati L, Nuti M: Transfected human dendritic cells to induce antitumor immunity. Gene Ther 2000, 7, 1458–1466.
  13. Calvin S, Jeff Emch J, Wang J, Linda Jacobsen L, Pitz S: FuGENE®HD Transfection Reagent: Choice of a transfection reagent with minimal off−target effect as analyzed by microarray transcriptional profiling. Biochemica 2006, 4, 22–25.
  14. Grün M: Efficient transfection of neuroblastoma cells. Biochemica 2007, 1, 12.
  15. Young ATL, Lakey JRT, Murray AG, Moore RB: Gene therapy: A lipofection approach for gene transfer into primary endothelial cells. Cell Transplant 2002, 11, 573–582.
  16. Kiefer K, Clement J, Garidel P, Peschka−Suss R: Transfection efficient and cytotoxicity of nonviral gene transfer reagents in human smooth muscle and endothelial cells. Pharm Res 2004, 21, 1009–1017.
  17. Arnold AS, Laporte V, Duont S, Appert−Cillin A, Erbacher P, Coupin G, Levy R, Poindron P, Gies JP: Comparing reagents for efficient transfection human primary myoblasts: FuGENE 6, Effectene and ExGen 500. Fundam Clin Pharmacol 2006, 20, 81–89.
  18. Haines AMR, Irvine AS, Mountain A, Charlesworth J, Farrow NA, Husain RD, Hyde H, Ketteringham H, McDermott RH, Mulcahy AF, Mustoe TL, Reid SCH, Rouquette M, Shaw JC, Thatcher DR, Welsh JH, Williams DE, Zauner W, Phillips RO: CL−22 a novel cationic peptide for efficient transfection of mammalian cells. Gene Ther 2001, 8, 99–110.
  19. He Z, She R, Sumitran−Holgersson S, Blomberg P, Islam KB, Holgersson J: The in vitro activity and specificity of human endothelial cell−specific promoters in porcine cells. Xenotransplantation 2001, 8, 201–212.
  20. Kaiser S, Toborek M: Liposome−mediated high−efficiency transfection of human endothelial cells. J Vas Res 2001, 38, 133–143.
  21. Weihl C, Macdonald RL, Stoodley M, Luders J, Li G: Gene therapy for cerebrovascular disease. Neurosurgery 1999, 44, 239–252.
  22. Feng G, Hicks P, Chang PL: Differential expression of mammalian or viral promoter−driven gene in adherent versus suspension cells. In vitro Cell Dev Biol Animal 2003, 39, 420–423.
  23. Chung S, Anderson T, Sonntag KC, Björklund L, Isacson O, Kim KS: Analysis of different promoter systems for efficient transgene expression in mouse embryonic stem cell lines. Stem Cells 2002, 20, 139–145.
© Wroclaw Medical University