超分子组装构筑"杆形"仿病毒多功能基因载体的研究

Rod-like virus show especially high infection in host cells. Following the inspiration, a new strategy will be explored to develop non-viral gene vector via the combination of the biomimic viral topology and stimuli-responsive polymer. α-CDs should exclusively thread on the PEG blocks in PEI-Se-Se-PEG copolymers via supramolecular assembly. The resulting complexes have both rigid block (PEG-α -CD) and coil block (protonated PEI). By varying the rigid block fraction, the topology of gene polyplexes will be regulated. The effect of shape on bio-distribution, cell uptake and gene transfection will be explored by cell culture and in vivo experiment. The usage of biomimic PEI-Se-Se-PEG and pH-sensitive PEGylation will facilitate gene release at target site. The combination strategy of rod-like shape and stimuli-responsive function will provide a facile approach to construct safe and efficient gene vector.

本项目的立论以"杆形"病毒的超感染性为启示，以超分子组装调控微载体拓扑形貌为依据，采用基于环糊精的超分子组装技术，利用PEG链段与α-CD主客体嵌套对"刚柔"嵌段的调节实现对载体拓扑形貌的调控，制备具有不同拓扑结构的非病毒基因载体；从细胞和活体水平，深入研究载体拓扑结构对于基因载体体内生物分布、胞内运转和转染的基本规律；并进一步结合仿生智能聚合物的设计，利用双硒仿生聚合物及pH敏感PEG包被技术，制备杆形结构和刺激响应功能协同作用的多功能基因载体，为突破高效安全的基因功能微载体的技术瓶颈寻求切实可行的途径。

本项目以“杆状”病毒的超感染性为启示，研究组装体的不同形貌和刺激响应功能的协同作用对基因载体体内生物分布、胞内运转和转染特性的基本规律，主要包含以下研究内容：（1）基于金纳米杆和金纳米球的不同形貌基因传递体系的研究。合成聚乙烯亚胺接枝改性的白蛋白（BSA-PEI），采用该阳离子化白蛋白分别修饰金纳米球BSA-PEI@AuNS和金纳米杆BSA-PEI@AuNR，利用金纳米粒子表面的PEI链段与基因的静电作用，制备不同形貌的基因组装体。结果表明：杆状组装体更容易被HepG2细胞内吞；在N/P比为20时， AuNR@BSA-PEI/DNA组装体的转染效率是金纳米球的100倍。（2）基于主客体组装的基因传递体系的构建及形貌调控；利用偶氮苯与环糊精的主客体作用，将穿膜多肽引入到葡聚糖上，构建了具有良好生物相容性的葡聚糖被膜化基因微载体，实现了pH响应的DNA解离，为非病毒基因载体的设计提供了新思路。另一方面，利用PEG链段与α-CD主客体嵌套对“刚柔”嵌段的调节实现对载体拓扑形貌的调控，球状组装体的内吞效率优于片层结构，同时组装体的形貌及尺寸显著影响了胞内运转及转染。将主客体组装技术与刺激响应的基因传递载体的设计想结合，为多功能基因传递体系的构建提供了简单有效的新方法。基于以上研究发表SCI收录论文14篇，另有3篇正在投稿中。