以精胺为基本构建单元并可降解为精胺的聚阳离子基因载体

在基因治疗赖以实现的输送问题上，合成载体欲取代转染效率高、靶向性好但免疫原性高、生物安全堪忧的病毒载体须解决转染效率低、化学毒性大的问题，完成基因的紧密复合、靶向输送、内吞逃逸、胞浆释放、及本身无毒化代谢等一系列生物学过程。我们以人体内专职凝聚基因的内源性分子- - 精胺为基本构建单元，合成可降解聚阳离子基因载体，以期实现上述功能。前期研究中，我们通过乙二醇二氯甲酸酯将精胺连接成聚氨酯聚阳离子，在报告基因的细胞转染试验、细胞毒性试验以及荧光标定基因的示踪实验中显示了高于市售聚阳离子转染试剂的基因表达效率、明显降低的细胞毒性、以及携带基因逃逸内吞降解进入细胞浆的能力。本项目中，我们将进一步优化精胺的连接方式，采用活泼的氨酯结构或酰胺结构以及稳定的亚胺结构构建聚阳离子，使之更快地降解为精胺的初始状态并可方便地结合细胞靶向基团，成为构建安全高效的合成载体的理想材料。

按照项目计划，我们用体内天然存在的专职基因凝聚单体—精胺作为基本构建单元，通过氨酯键、酰胺键与π-π碳氮双键合成了三类能够并实现基因复合、内吞逃逸、基因释放和自身无毒化代谢，并且可通过表面修饰进一步兼顾体内循环和细胞靶向的聚阳离子基因载体。这些聚阳离子能够通过降解回到精胺的初始内源性状态完成自身的无毒化代谢，通过所释放的精胺的游离氨基协助基因内吞逃逸。.鉴于聚阳离子的降解在基因输送过程中的功能，我们首先考察了三种聚阳离子在生理条件下不同pH的水解速率，其中PSP-carbam（含氨酯键）和PSP-amide（含酰胺键）在将近90天时其分子量降解为50%，而PSP-Imine（含碳氮双键）11小时内即可降解50%。通过凝胶电泳、动态光散射和ζ电位实验检测发现上述三种聚阳离子能够紧密包裹核酸形成粒径在100-200nm之间的纳米颗粒（Polyplex）.通过对不同类型细胞的DNA与siRNA输送能力的考察发现，以上三种聚阳离子的毒性都远低于常用基因转染试剂PEI 25kDa，其活性均高于PEI 25kDa。三类聚阳离子相比较，含π-π碳氮共轭双键的PSP-Imine的毒性最小，在最佳输送siRNA的浓度范围内，几乎没有细胞毒性，同时它的siRNA输送能力也强，所以综合评价PSP-Imine是这三类聚阳离子最好的核酸载体。这些结果支持了我们的设计思路，即聚阳离子的适时降解同时完成了两个有意义的动作：基因物质在细胞中的释放及聚阳离子本身在细胞中的代谢。 . 在体外实验的基础上，我们优选出高效安全的PSP-Imine聚阳离子进行体内siRNA输送实验研究，其结果显示肿瘤的生长速率相对于空白和阴性对照组得到明显抑制。通过RT-PCR分析发现肿瘤组织中的BMI-1在mRNA水平上的表达被抑制了50%左右。这些聚阳离子结构简单、化学动态与多功能的特点为安全、简单、高效的非病毒载体的设计提供了新的思路。.我们顺利完成了该项目的预期计划。申请专利4项。已在SCI主流期刊International Journal of Pharmaceutics发表论文1篇，在中文核心期刊发表论文两篇，均注明受该项目资助。最近最重量级的论文已经完成，准备投递biomaterils，由于涉及体内试验，所以时间较长，也注明受该基金的资助。通过本项目的完成培养了1名博士生和2名硕士生的任务。