基于DNA纳米团的靶向型聚离子复合物胶束用于siRNA递送及抗肿瘤研究

In this project, we design a novel targeted polyion complex (PIC) micelle base on DNA nanoclew for siRNA delivery and cancer therapy. This new PIC micelle would be prepared by the electrostatic interaction between internalizing RGD (iRGD) installed poly(ethylene glycol)-b- poly[N′′′-(N′′-{N′-[N-(2-aminoethyl)-2- aminoethyl]-2-aminoethyl}-2-aminoethyl)aspartamide] (iRGD-PEG-b-PAsp(TEP) block copolymer and DNA nanoclew grafted with siRNA (DNAnc-g-siRNAs). In comparison with conventional PIC micelle that display blood instability due to its weak electrostatic interaction between polycation and low negative-charged siRNA, the newly formed PIC micelle because make full use of the high negative charge feature of DNAnc-g-siRNAs, would exhibit long blood circulation time. Furthermore, these siRNAs on DNA nanoclew surface would be cleaved by Dicer enzyme after been taken up by cells, resulting in effective siRNA release. Moreover, this novel PIC micelle combines some superior functionality (such as active targeting, “proton sponge” effect) of nowadays siRNA delivery systems. So this novel PIC micelle would be expected to achieve potent RNAi, and would be a safe and effective siRNA nanomedicine for caner therapy.

本项目设计了基于DNA纳米团的靶向型聚离子复合物（PIC）胶束用于siRNA的递送及抗肿瘤研究。该PIC胶束由iRGD配体偶联的聚乙二醇—聚天冬氨酸（四乙烯五胺）嵌段聚合物（iRGD-PEG-b-PAsp(TEP)）与表面接枝siRNA的DNA纳米团（DNAnc-g-siRNAs）通过静电作用制备而成。该新型PIC胶束充分利用DNAnc-g-siRNA高负电荷特性，成功解决了传统PIC胶束由于siRNA携带负电荷少，与阳离子聚合物静电相互作用弱、血液稳定性差这一问题，可望得到长血液循环的siRNA纳米药物。该PIC胶束进入细胞后，DNA纳米团表面的siRNA易被Dicer酶剪切，siRNA得到高效释放。此外，该PIC胶束结合了目前siRNA递送体系的一些优良特性，如主动靶向和“质子海绵”效应等功能。因此，该新型PIC胶束可望取得较好的RNAi效果，实现安全高效的siRNA纳米药物肿瘤治疗。

项目针对当前siRNA递送过程中的复合效率低、体内稳定性差、特异性低、病灶部位释放慢、阳离子转染试剂引发的潜在安全性等挑战，创新性的用DNA纳米团和智能高分子聚合物构建了一系列生物响应性多功能siRNA纳米递送系统，用于siRNA的高效装载和体内外靶向递送，实现了靶点基因特异性沉默及安全、高效的抗肿瘤活性。主要结果如下：（1）设计构建了生物相容性优异的DNA纳米团球形核酸siRNA纳米载体，高效接枝功能性siRNA可特异性沉默相关基因，为siRNA递送提供了新的策略；（2）设计制备了一种多重作用力稳定的siRNA靶向纳米药物，肿瘤细胞内活性氧能促发其快速逐步解离并释放siRNA，实现了对siRNA的体内外高效靶向递送。复合两种不同功能性siRNA后，在原位U87MG人脑胶质瘤模型中表现出显著的联合治疗效果，具有良好的临床转化潜力；（3）通过螯合作用构建了还原响应、低阳离子透明质酸纳米载体，与siRNA紧密结合后在生理环境下保持稳定，而在肿瘤细胞内还原环境下快速释放siRNA，实现了体内外siRNA高效递送及基因特异性敲除；（4）开发了无阳离子siRNA纳米囊泡，它由亲水的siRNA壳层、温度敏感的疏水中间层以及空心亲水内腔组成，核壳由还原响应双硫键连接。该siRNA囊泡能包裹小分子抗癌药物（阿霉素等），在耐药性MCF-7乳腺癌模型中展现出较好的协同治疗效果，为肿瘤联合治疗构建了新的递送平台；（5）利用细胞膜修饰的方法，制备了红细胞膜伪装仿生siRNA纳米药物，降低了其体内免疫原性，实现了siRNA高效装载及pH刺激中间层电荷翻转诱导的siRNA快速释放，对U87MG原位胶质瘤模型具有优异的抗肿瘤活性，该平台为生物大分子体内有效递送提供了可能性。本项目构建的生物相容性较好的多种siRNA递送平台具有多功能、制备简单、创新性强、临床转化潜力大等优点，在生物医药及肿瘤治疗方面有重要的科学价值和应用前景。