纳米载体多级结构的精细化与免疫细胞内siRNA递送功效的最优化

RNAi-mediated gene silencing holds great promise for the manipulation of immue cells to address basic immunological questions and for potential therapeutic applications. But the application of siRNA on immuny field has been hampered by the hard transfect characters of the primary immune cells, such as the macrophages, dendritic cells and T cells. Rcecently, our group had prepared a kind of amphiphilic cationic copolymer nanocarriers with core-shell structure for siRNA delivery, which could reached high gene silencing efficiency(>90%) even at low dose and low cell uptake, only by adjusting the composition of the hydrophobic core, in the absent of targeted ligand or cell-penetrating peptide. Althought the mechanisem is not clear about the mentioned nanocarriers, undoubtedly, a new window for high efficiency and specific delivery of siRNA into immune cells was opened. This project try to step-wisely optimize the intracellular siRNA availability, the cell uptake efficiency in immune cells and the targeted delivery efficiency in vivo by multi-structural refinement of polymer nanocarriers and rational coordination of these multilevel structures, as a result to obtain the optimization gene silencing efficiency. Th activation of the immune cells and immune response will be evaluated in vitro and in vivo and the structure-activity releationship and mechanisms will be revealed. It is hope to provide a safe and high efficiency siRNA delivery platform for immunology and immunotherapy.

RNAi 是特异性调控细胞内基因表达的最有力手段，但由于巨噬细胞、树突细胞、T细胞等原代免疫细胞的难转染性，使siRNA在免疫功能研究和免疫治疗上的应用受到了极大限制。在 本年底将结题的基金项目研究中，我们刚刚获得了一种两亲性阳离子聚合物核壳结构的siRNA纳米载体，未经任何靶向或穿膜肽等生物功能分子修饰，仅通过疏水内核组成的调节，在低剂量和低内吞情况下，能够在多种细胞系上(包括难转染的白血病细胞)产生高基因沉默效率(>90%)，虽然机理尚不清楚，但这一发现为高效特异性地靶向免疫细胞内的siRNA递送打开了新窗口。本项目拟在这一研究结果基础上，通过载体结构的层层精细化调控，结合免疫细胞特异靶向因子，逐级提高siRNA的胞内利用率、胞吞率和体内靶向率，以获得最优化的靶基因沉默效果；体内外评价免疫细胞的激活及免疫应答效果，揭示构效关系和作用机理；建立适于免疫细胞的安全高效的siRNA递送平台。

针对阳离子非病毒载体的siRNA细胞内递送效率低、阳离子载体的毒性以及体内递送等问题，本项目在前期研究基础上，进一步对内核pH敏感的两亲性阳离子聚合物纳米载体的结构进行了精细化调控，研究了载体的构效关系和作用机理，获得了体内外均具有较高基因递送效率且毒性较低的优化载体结构，证明结构性能优化的载体可用于肿瘤免疫治疗中，有效递送siRNA或疫苗，起到激活免疫系统，发挥免疫治疗的作用。此外，研究中还把两亲性阳离子纳米载体扩展到抗细菌耐药和肿瘤诊疗的多功能性纳米载体领域中，促进了多功能性纳米载体的开发。标志性创新成果有：（1）揭示了pH敏感疏水内核结构对两亲性阳离子聚合物纳米粒siRNA递送效率的调控作用，证明具有“PEG-pH敏感疏水段-聚阳离子”三嵌段结构序列的聚合物，当pH敏感疏水段的pKa在5.8-6.2，在pH 5.5-6.5内呈现较强质子缓冲作用且具有较低的临界胶束浓度时，极大促进siRNA的内含体逃逸和体内的递送效率。（2）通过与脂质体成分的杂化，进一步提升了所优化的pH敏感阳离子载体经静脉注射后的siRNA递送功效，而且大大降低了毒性，并通过化疗药物的共递送，取得了协同放大抗肿瘤免疫治疗的效果；（3）把所优化的阳离子基因载体与抗菌功能相关联，发展了基因递送和抗菌双功能性同时优化的载体，阐述了作用机理，为细菌感染尤其是耐药菌感染的疾病治疗提供了基因/抗菌联合治疗的手段；（4）通过在pH敏感的三嵌段阳离子聚合物中引入结晶性非pH敏感的疏水段，获得了肿瘤内pH敏感长效释放药物且具有“OFF/ON”成像功能的非解离型纳米载体，为诊断、光热治疗与化疗结合的多模态治疗提供了可行性。.项目执行期间共发表 论文 25 篇（第一标注12 篇；第二标注 12 篇）,其中SCI 收录24篇，中文期刊论文1篇；在影响因子大于 10 的期刊 （Biomaterials，Chemical Engineer Journal）上发表论文3 篇；申报发明专利12 项；培养博士10人（8人完成博士学位论文），培养硕士 14人（12人完成硕士学位论文）。参加国内举办的学术会议8个（11人次报告或墙报展讲）。