GENETISKA SJUKDOMAR ORSAKAS av fel i vår arvsmassa. Genom att föra in korrekta gener i sjuka celler kan dessa bli botade. Denna process kallas för genöverföring eller transfektion, och är den här avhandlingens fokus. Ännu finns ingen säker och effektiv metod för att utföra behandlingen på patienter, men tekniken är redan ett viktigt forskningsverktyg som har bidragit enormt till vår förståelse av olika geners funktion och reglering.
På molekylär nivå består det vi kallar för gener av bitar av DNA. Eftersom dessa är stora och negativt laddade stängs de effektivt ute från celler. Därför behövs en vektor, en bärarmolekyl, som kan packa ihop DNA-molekylerna så att de kan ta sig in. Genom flera decennier av forskning vet man idag ganska mycket om vilka hinder som behöver övervinnas på vägen. Däremot är det fortfarande oklart hur vektorer ska designas för att klara av detta.
I den här avhandlingen undersöks just hur vektorers kemiska struktur påverkar deras förmåga att hjälpa DNA in i celler. Dessutom har olika metoder utvecklats för att studera hur vektor/DNA-komplex förändras med tiden, till exempel då de kommer i närheten av en cells yta. Detta är viktigt för en detaljerad förståelse av hur genöverföring går till, vilket kan ge ledtrådar till var i processen dagens vektorer misslyckas och därmed hur de kan förbättras. Den forskning som presenteras här har bidragit med biofysikaliska insikter i processen, och är ett steg på vägen mot klinisk användning av genetiska läkemedel.
Genetic diseases are caused by errors in our gene pool. By transferring correct genes into diseased cells these can be cured. This process is called gene delivery or transfection, and is the topic of this thesis. So far, there is no safe, efficient method to perform the treatment in patients. However the technique is already an important research tool that has contributed greatly to our understanding of the function and regulation of various genes.
At a molecular level, what we call "genes" consist of pieces of DNA. These are large and negatively charged so they are efficiently excluded from cells. Therefore, a vector (a carrier molecule) is needed that can compact the DNA molecules so that they can get inside. Through decades of research efforts we know today a great deal about the barriers that need to be overcome. However, it is still unclear how a vector should be designed to achieve this.
This thesis studies how the chemical structure of vectors affects their ability to help DNA enter cells. In addition, methods have been developed to study how vector/DNA complexes change over time, for example as they get in vicinity of a cell surface. This is important for a detailed understanding of the gene delivery process, which in turn can give clues to at what step today's vectors fail and consequently how they can be improved. The research that is presented here contributes with biophysical insights in this process, and is one step on the road to clinical use of genetic drugs.