梯度pH响应和裂解肽功能化高分子的制备及其在基因传输中的应用

Gene therapy has been regarded as a potent way to treat a myriad of diseases including cancer. The natural ability to infect cells enables viral vector efficiently pass various physiological barriers and deliver therapeutic gene into targeting cells, but it also accompanies with high cost and serious safety concerns, such as immunogenicity and inflammation. The bottleneck for gene therapy is to develop polymeric gene vector with high delivery efficiency as virus but low cost and high safety. In the present project, we propose to prepare a gradient pH responsive and lytic peptide functionalized polymer, featuring PEG shielding block, cRGDfk mediated tumor targeting, PLL, pH sensitive poly(aspartic acid) derivatives and lytic peptide, to address the issues for efficient in vivo gene delivery. The implementation of this work may provide valuable information for the design of new polycations for gene delivery, and give a new solution for clinical cancer therapy. Additionally, it may inspire us to design new systems for the delivery of various bioactive macromolecules (such as proteins) to treat different diseases.

基因疗法在治疗癌症等多种复杂疾病方面极具优势。虽然病毒类基因载体可以克服重重生理障碍，实现基因的高效传递，但是其成本高而且伴随有严重的安全问题（免疫和炎症反应等）。如何制备传递效率可与病毒比拟但经济安全的聚合物载体是瓶颈问题。本项目拟设计和制备一种梯度pH响应和裂解肽功能化的高分子基因载体，具体包括PEG遮蔽、肿瘤靶向c(RGDfk)、肿瘤组织微酸环境可断裂酰胺键、PLL聚阳离子、pH敏感聚天冬胺酸衍生物和裂解肽等功能基团，旨在通过顺序突破基因体内传输过程中遇到的各种障碍，高效地将基因输送至肿瘤细胞并实现安全治疗。本项目的实施将为聚阳离子基因载体的设计提供新思路，为临床癌症治疗提供新选择。此外，本项目的设计方案也可为多种生物活性大分子（活性蛋白等）的传输提供有益的参考，并为不同疾病的治疗提供安全经济的选择。

基因治疗作为一种新兴的疗法在癌症等复杂疾病的治疗方面具有巨大的潜力。相较于病毒类基因载体，聚阳离子基因载体因其生产成本低、制备简单和结构多样，得到了广泛关注。但聚阳离子载体很难突破基因传递过程中细胞内的不同生理障碍，特别是内涵体/溶酶体束缚，因此其传递效率无法和病毒载体相比。本项目利用pH敏感多肽C6M3对三种聚阳离子进行功能化修饰，提高安全性的同时实现了高效的内涵体/溶酶体逃逸，极大地提高了聚阳离子基因载体的基因传递效率，为基因疗法在不同疾病的治疗方面提供安全经济的选择。具体包括：（1）通过活性可控自由基聚合、开环聚合和偶联反应，制备侧链二硫键功能化的聚阳离子，并通过巯基交换反应构建了三种裂膜肽功能化的阳离子聚合物（PDMAEMA-C6M3，PLL-C6M3和PEI-C6M3）,实现了对基因的有效担载；（2）相较于原始聚合物，多肽功能化的聚合物在中性条件下保持安全性的同时，可以在内涵体/溶酶体酸性条件下实现对膜结构的有效破坏，帮助聚合物/基因复合体快速逃离内涵体/溶酶体束缚；（3）该系列功能型阳离子聚合物载体在HeLa细胞系可以高效地实现荧光素酶质粒和绿色荧光蛋白质粒的传递，效率明显优于“金标”PEI 25K。此外，我们将动态化学键引入聚合物体系的设计，发展了一系列力学性能优异、生物相容性良好、生物功能丰富的水凝胶材料，在术后防粘连和糖尿病慢性伤口修复方面取得了理想的效果。通过本项目的实施，我们发展一种安全高效的聚阳离子改性策略，实现了非病毒基因载体在细胞层面基因的有效传递。