含锍多肽作为基因载体的构建与性能研究

The safe and effective gene delivery remains an essential issue for the usage of gene therapy in biological research and medical therapeutics. Non-viral vectors offer safe gene delivery, and have large capacity and easy production and quality control, but their delivery efficiencies are usually not high enough for clinical applications due to their inefficient uptake, poor stability and high toxicity. Thus, there is a high demand for the discovery of more efficient and safe non-viral vectors.. One of the most studied methods for non-viral gene delivery is using cationic lipids or cationic polymers to bind and condense DNA, and transfer the plasmid into cells. The positively charged amine has been widely used in designing non-viral vectors. However, the research of sulfonium-ion as the positive charge provider has less been studied. In this project, a panel of sulfonium-ion containing polypeptides was proposed as gene vector. Using combinational chemistry synthesis, the sulfonium-ion will be systemically modified to afford groups of polypeptides which will be studied the gene delivery efficiency. This project will construct a new model for the investigation of non-viral vectors and clarify the usage of sulfonium-ion in gene delivery. This study will resolute the relationship between sulfonium-ion molecular physical properties and the delivery efficacy and cell specificity. This project proposed new objects for the gene vectors discovery and for the study of gene delivery mechanism.

安全有效的基因传递是基因疗法在生物学、医学中应用的必备条件。非病毒载体具有安全性高、容量大、免疫原性小、制备简便等优点；但是其靶向特异性差、基因表达效率低、生物毒性强等缺点限制了其在基因传递方面的应用。构建高效、低毒的非病毒载体是基因治疗技术取得突破性进展的关键环节。在已有报道中，非病毒载体多是含有正电荷的化合物，其中质子化的氮原子应用最为广泛的，同样带有正电荷的锍类化合物在基因载体方面的研究还是空白。项目拟合成含锍多肽作为基因载体，以S+为中心，应用组合化学，系统地合成一系列含锍多肽，并检测其基因转染能力。项目以R3S+ 为模型，提出一个新的基因载体研究体系，探索R3S+结构在基因转染中的作用，明确含锍多肽的分子结构、大小、类型等方面，与转染效率、细胞选择性的关系。此项课题开拓了基因载体的研究领域，为机制研究提供了新的研究模型。

背景意义：安全有效的基因传递是基因疗法在生物学、医学中应用的必备条件。非病毒载体具有安全性高、容量大、免疫原性小、制备简便等优点；但是其靶向特异性差、基因表达效率低、生物毒性强等缺点限制了其在基因传递方面的应用。构建高效、低毒的非病毒载体是基因治疗技术取得突破性进展的关键环节。在已有报道中，非病毒载体多是含有正电荷的化合物，其中质子化的氮原子应用最为广泛的，同样带有正电荷的锍类化合物在基因载体方面的研究还是空白。..主要内容：项目设计合成含锍化合物作为基因载体。从R3S+分子骨架出发，进行目标化合物的合成路线设计和目标化合物的合成。系统地合成一系列锍类化合物，构建单阳离子的化合物群和多阳离子的线性多肽化合物群。对于获得的化合物采用凝胶阻滞实验确定锍化合物与DNA复合能力；对具有复合能力的化合物应用MTT细胞毒性实验，对化合物的细胞相容性进行评估。采用体外细胞转染实验，确定化合物的转染性能。..重要结果和关键数据：结合分子构效关系分析，以及对合成路线探索，合成三种脂质体类锍化合物，和两种多肽类化合物。对合成的化合物分别进行复合能力测试，细胞毒性试验和体外细胞转染能力检测。结果显示，部分化合物具有明显的基因转染能力。脂质体化合物脂肪链的长度对化合物的性能有明显的影响，化合物的水溶性和疏水缔合效果均是化合物设计需要重点考虑的因素。多肽类化合物短链氨基酸的DNA复合能力较差，但是具有聚合能力的含有半胱氨酸的氨基酸短链复合能力增强。..科学意义：项目以R3S+为模型，提出一个新的基因载体研究体系，探索R3S+结构在基因转染中的作用，明确含锍化合物的分子结构、大小、类型等方面，与转染效率、细胞选择性的关系。此项课题开拓了基因载体的研究领域，为机制研究提供了新的研究模型。