用于间充质干细胞的高分子基因载体的设计制备和抗肿瘤治疗研究

With the advantages of tumor targeting invading capacity, low immunogenicity and ease to be proliferated in vitro, genic recombined mesenchymal stem cells which could express tumor necrosis factors are considered to be new strategies for tumor targeting therapy. Although nonviral gene carriers are considered to be more secure in in vivo applications of mesenchymal stem cells than viral gene carriers, their high cytotoxicity and low gene transfection efficiency hinder their in vivo application. To prepare nonviral gene carriers for stem cells with low cytotoxicity and high transfection efficiency is the key for further applications of stem cells-based gene therapy. In this project, a series of poly(amino acid)-based gene carriers with different charge density, different composition of hydrophilic and hydrophobic amino acid and different topological structure is designed to investigate the relationships between the structure and their transfection efficiency to mesenchymal stem cells, and to prepare a series of poly(amino acid)-based gene carriers for stem cells transfection. Further study will be focused on obtaining genic recombined mesenchymal stem cells which could express tumor necrosis factors by transfected with these gene carriers. The anti-tumor therapeutic effect mediated by these genic recombined mesenchymal stem cells in animal models of lung metastases from breast cancer will be evaluated with a variety of methods. And the mesenchymal stem cells-based gene therapy programme will be eventually established.

骨髓间充质干细胞具有较强的肿瘤组织靶向趋化侵入能力、低的免疫原性以及易于体外大量培养等特点，因此人们把可表达肿瘤杀伤因子的间充质干细胞导入体内进行抗肿瘤靶向治疗。利用非病毒基因载体转染干细胞表达肿瘤杀伤因子比使用病毒载体更加安全可靠，但常用的非病毒基因载体细胞毒性大、转染效率低。制备低毒高效的干细胞非病毒基因载体是推动干细胞在基因治疗领域应用的关键。本项目设计了具有不同电荷密度、不同亲疏水氨基酸构成以及不同拓扑结构的可降解聚氨基酸基因载体，以探索具有不同分子结构的基因载体对骨髓间充质干细胞转染性能的影响，找到适用于干细胞的基因载体设计规则，筛选出适用于间充质干细胞的基因载体。利用该类载体将治疗基因导入骨髓间充质干细胞，得到可表达肿瘤杀伤因子的骨髓间充质干细胞，并将其导入乳腺癌肺转移瘤模型动物体内进行抗肿瘤治疗。通过多种检测手段评价治疗效果，建立骨髓间充质干细胞的体内基因治疗方案。

骨髓间充质干细胞具有较强的肿瘤组织靶向趋化侵入能力、低的免疫原性以及易于体外大量培养等特点，因此可把表达肿瘤杀伤因子的间充质干细胞导入体内进行抗肿瘤靶向治疗。利用非病毒基因载体转染干细胞表达肿瘤杀伤因子比使用病毒载体更加安全可靠，但常用的非病毒基因载体细胞毒性大、转染效率低。制备低毒高效的干细胞非病毒基因载体是推动干细胞在基因治疗领域应用的关键。. 本项目设计了具有不同电荷密度、不同亲疏水氨基酸构成以及不同拓扑结构的可降解聚氨基酸基因载体，以探索具有不同分子结构的基因载体对骨髓间充质干细胞转染性能的影响，筛选出适用于间充质干细胞的基因载体。我们利用该类载体将自杀基因HSV-TK和肿瘤坏死基因TRAIL导入骨髓间充质干细胞，得到可表达肿瘤坏死因子和自杀基因的骨髓间充质干细胞，并将其导入U87人恶性胶质母细胞瘤模型动物体内进行抗肿瘤治疗。通过多种检测手段评价治疗效果，建立骨髓间充质干细胞的体内基因治疗方案。. 我们进一步探索了基因治疗、细胞治疗和免疫治疗的联合应用。首先将载光热试剂的巨噬细胞经静脉注射到荷瘤小鼠体内，肿瘤组织光热治疗后可产生肿瘤特异性抗原，激活体内肿瘤特异性免疫反应。另一方面，我们通过基因治疗的策略来改变肿瘤细胞的免疫耐受性，通过免疫检查点的阻断来增强机体T细胞对肿瘤细胞的特异性杀伤作用，实现了多种治疗手段对肿瘤治疗的协同作用。. 目前，基因转染试剂市场主要被国外产品所占领。我们利用本项目的研究成果，开发了通用型DNA转染试剂，该转染试剂成本低、性能好，完全可以替代国外进口试剂，满足国内科研用户的需求，目前该系列转染试剂已经实现市场销售。