交联型聚乙烯亚胺智能基因载体的制备及PEG化影响

使用胱胺双丙烯酰胺(CBA)对低分子量聚乙烯亚胺(PEI)进行交联反应制备智能降解型聚阳离子基因载体.通过与聚乙二醇(PEG)反应得到不同程度PEG化的聚阳离子载体.利用核磁、黏度测试、粒度仪、zeta电位仪和凝胶电泳对聚阳离子载体及其与DNA的复合物进行了表征.研究表明随着PEG含量的增加,聚阳离子载体/DNA复合物颗粒粒径变小、表面正电荷降低,PEG具有明显的屏蔽作用,但过多的PEG也使载体与DNA复合能力下降.通过MTT细胞毒性测试和荧光素酶质粒转染实验得出,含二硫键的交联型阳离子聚合物在测试范围内显示了非常低的细胞毒性,最佳转染效率是PEI25k的4倍,PEG化后其细胞毒性得到进一步改善,转染效率却明显降低.     

聚谷氨酸为骨架的梳状基因载体的合成及生物学性能评价

以聚谷氨酸为骨架, 用低分子量聚乙烯亚胺胺解聚谷氨酸苄酯, 得到聚谷氨酸-g-聚乙烯亚胺, 用异佛尔酮二异氰酸酯将聚乙二醇单甲醚偶联到聚谷氨酸-g-聚乙烯亚胺上, 合成了梳状聚阳离子基因载体聚谷氨酸-g-(聚乙烯亚胺-b-聚乙二醇). 利用核磁共振氢谱、 激光粒度分析仪、 Zeta电位仪和凝胶电泳对聚阳离子载体及其与质粒脱氧核糖核酸(pDNA)形成的复合物进行了表征. 通过噻唑蓝(MTT)细胞毒性测试、 绿色荧光蛋白质粒pEGFP-C1及荧光素酶质粒pGL3体外转染实验考察了载体的细胞毒性及基因转染效率. 结果表明, 当聚乙烯亚胺中N原子和DNA中P原子的摩尔比(N/P)大于5时, 载体能很好地包裹DNA, 载体与DNA形成的复合物粒径约为130 nm, Zeta电位约为28 mV; 通过MTT实验和体外质粒转染实验显示出载体在测量范围内具有极低的细胞毒性和较高的转染效率.     

活性氧响应的新型阳离子共聚物构建及其基因递送性能研究

引入快速、主动释放基因的机制是提升非病毒基因递送效率的关键. 本研究以2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)与(2-丙烯酰基)乙基(硼酸苄基)二乙基溴化铵(BD)为单体, 基于可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应制备具有活性氧响应性质的聚阳离子嵌段共聚物pM-pBD. 通过静电作用, 阳离子共聚物pM-pBD能够与带负电荷的DNA以分子自组装的方式形成纳米复合物. 其中, 阳离子pBD片段具有活性氧触发电荷反转的特性, 因此, 有助于获得活性氧触发的静电组装复合体结构解离, 从而实现可控基因释放的功能. 理化表征结果表明, pM-pBD与质粒DNA静电复合后能够形成粒径约为99.1 nm, ζ电位约为+13.8 mV, 显微形貌近似球形的纳米复合物. 在加入促过氧化氢产生的抗坏血酸后, 上述pM-pBD基因递送系统的转染效率得到了显著的提升. 因此, 本研究创制的pM-pBD为基因递送系统的可控释放提供了新的解决方案.     

PLL-PEG-PLL三嵌段共聚物的制备及DNA包覆应用

将PLL(Z)-PEG-PLL(Z)中的氨基去保护得到两端为聚阳离子的嵌段共聚物PLL-PEG- PLL, 并对与DNA结合形成的聚集体的性质进行了研究. 结果表明: PLL-PEG-PLL与DNA在水相中形成了聚离子复合物胶束; DNA与PLL通过静电作用形成核, PEG包裹在外面, 得到的聚离子复合物胶束为均一体系, 即使在化学计量点也不会沉淀, 保持着很好的流动性和稳定性, 这一点对基因治疗是很重要的; 而且随着PLL段的增加, 包覆效果更好; 聚离子复合物胶束使得DNA具有较强的核酶抗性; 大小在10~35 nm之间, 主要呈球形; 聚离子复合物胶束能够用于基因的传递, 使基因在细胞系SF9中表达出蛋白质.     

ATRP法制备聚(甲基丙烯酸氨乙酯-co-甲基丙烯酸N,N-二乙基氨乙基酯)基因载体

为得到低毒、高效的聚阳离子基因载体,以甲基丙烯酸氨乙酯(AMA)和甲基丙烯酸N,N-二乙基氨乙基酯(DEAEMA)为单体,以2-溴代异丁酸乙酯(EBIB)为引发剂,通过原子转移自由基聚合(ATRP)制备了两种聚(甲基丙烯酸氨乙酯-co-甲基丙烯酸N,N-二乙基氨乙基酯)阳离子无规共聚物(P(AMA-co-DEAEMA),简称P).琼脂糖凝胶电泳实验结果表明聚合物P作为阳离子载体可以有效地络合DNA,通过粒径仪测定的复合物粒子的尺寸在400 ～ 600 nm之间.扫描电镜观察的P/DNA复合物形貌是分散均匀的球形颗粒.以25kDa PEI为阳性参照,利用MTT比色法考察了聚合物P对HEK293T细胞的毒性.结果表明,聚合物P的细胞毒性低于25 kDa PEI的细胞毒性.以25 kDa PEI和裸质粒DNA作为参照,我们进一步考察了聚合物P与DNA形成的复合物在HEK293T细胞中的转染效率.结果表明P/DNA复合物在HEK293T细胞中的转染效率远远高于裸质粒DNA的转染效率,并且接近于25 kDa PEI/DNA复合物的转染效率.     

PEI基因载体靶向遮蔽体系的制备和表征

将RGD短肽接枝到聚谷氨酸(PGA)上,制备了一种靶向性的基因载体遮蔽材料PGA-RGD.通过凝胶电泳实验及体外转染实验证明得出RGD的引入增加了载体材料与细胞表面受体的特异性作用,在载体表面正电荷得到遮蔽的同时,转染效率还得到了一定程度的增加.同时,对转染了48h的三元复合物进行MTT细胞毒性测试表明,PGA遮蔽的基因载体体系(PGA/PEI/DNA)和PGA-RGD遮蔽的基因载体体系(PGA-RGD/PEI/DNA)的细胞毒性均低于PEI/DNA复合物体系.本文开发的基因载体改性方法不仅可以对复合物颗粒表面的正电荷进行遮蔽,从而降低复合物体系对非目标组织的非特性异作用;同时引入的RGD靶向短肽还可以提高载体的靶向性,这一改性策略对推动阳离子聚合物基因载体在体内的应用具有重要意义.     

聚乙二醇嵌段树枝状聚赖氨酸共聚物的合成及其基因载体研究

采用液相多肽合成法制备得到窄分子量分布、结构可控的生物相容性聚乙二醇嵌段共聚树枝状聚赖氨酸阳离子功能大分子(PEG-b-Dendritic PLL). 运用¹H NMR核磁共振、凝胶电泳以及荧光淬灭滴定手段对所得阳离子两嵌段大分子的化学结构及其与质粒DNA (pDNA)结合作用与复合行为进行了研究. 结果表明聚乙二醇嵌段树枝状聚赖氨酸与pDNA分子可以在缓冲溶液中形成稳定的胶束, pDNA与阳离子树枝赖氨酸嵌段通过静电相互作用形成胶束核, 其水溶性聚乙二醇嵌段形成水溶性胶束壳, 提高了阳离子大分子/pDNA复合胶束的稳定性. 同时发现随着阳离子嵌段树枝状赖氨酸代数的增加, 阳离子两嵌段大分子与pDNA的结合作用增强, 有利于其作为基因转染生物功能载体的应用.     

阳离子聚合物基因转染载体的研究进展

安全有效的基因载体是实现基因治疗的必要条件,由于阳离子聚合物易于合成和改性,无免疫原性,可以方便地与DNA形成紧密的超分子复合物,保护DNA免受核酸酶的降解,并促进其进入细胞,从而成为非病毒基因载体中的一个重要类型;但阳离子聚合物基因载体,对细胞具有电荷相关的毒性,转染效率低于病毒载体,这成为限制其进入临床使用的瓶颈.本文从提高阳离子聚合物作为基因载体时的转染效率及降低其毒性方面综述了阳离子聚合物基因载体的研究进展,归纳了改善阳离子聚合物基因载体转染特性的八种方法,预测了阳离子聚合物基因载体的发展前景.     

基于阳离子共轭聚合物比色检测HIV逆转录酶的RNase H活性

利用阳离子聚噻吩衍生物与单链DNA和杂合体DNA/RNA通过静电相结合时所产生的紫外吸收变化,建立了一种检测HIV逆转录酶(RT-HIV)的RNase H活性的方法。阳离子聚噻吩衍生物的紫外吸收最大波长位于短波385nm,与单链DNA结合会使聚噻吩衍生物的紫外吸收最大波长红移至525nm;而与杂合体DNA/RNA结合时对其紫外吸收最大波长几乎没有影响,当利用RT-HIV的核糖核酸酶RNase H活性水解掉杂合体中的RNA时,杂合体溶液又会使聚噻吩衍生物的紫外吸收最大波长发生红移。结果表明,紫外吸收最大波长变化明显,甚至直观用肉眼就可以观察到杂合体水解前后溶液颜色的变化。同时还测定了不同时间下RNase H酶水解杂合体中RNA的吸光度变化曲线,计算出了RNase H酶水解的动力学常数和最大初速度。     

胆固醇修饰的低分子量聚乙烯亚胺接枝化聚[L-天冬酰胺-co-L-赖氨酸]作为基因载体的性能研究

通过将低分子量的聚乙烯亚胺(PEI600)及其胆固醇衍生物与聚(L-天冬酰胺-co-L-赖氨酸)(PSL)进行开环反应, 合成了一类新型的肿瘤靶向基因载体, 研究了这类载体与DNA形成复合物的性质以及介导绿色荧光蛋白质粒pEGFP-C1转染不同细胞的性能. 结果表明, 在复合质量比大于5∶1时, 各载体均能与DNA形成结构稳定的复合物. 同时转染实验结果证明, 通过在侧链引入一定数目的胆固醇, 可以明显提高载体对于癌细胞HepG2和Hela的转染效率. 这类新型的载体具有良好的细胞相容性、较高的转染效率以及易于进行靶向修饰等特点, 在基因治疗研究领域中将具有较好的潜在应用价值.     

刺激响应性非病毒转基因载体

常见的阳离子聚合物能够通过静电作用有效缩合DNA,形成聚电解质复合物（PECs）。这些复合物易于细胞内在化,从内涵体中逃逸,并能保护DNA免受DNA酶的降解。但是,强烈的静电作用也限制了基因进入细胞核之后从复合物中的释放,限制了基因的表达。鉴于此,科学家们设计了一类“智能”高分子载体,这些智能高分子载体能够响应外界微环境温度、pH值和氧化还原环境变化的刺激,其自身大分子构象发生改变,进而促进DNA从复合物中逃逸,提高了转染率。本文介绍了近年来有关聚异丙基丙烯酰胺基温度响应性载体以及光、pH和响应胞内谷胱甘肽（GSH）等氧化还原反应的非病毒转基因载体的研究进展。     

基于共轭高分子复合物能量转移的非标记DNA检测

非标记DNA检测是一种高灵敏度、高选择性的DNA检测方法, 具有重要的科学和社会意义. 本文采用交叉偶联法制备了水溶性阳离子共轭聚合物: 聚(9,9-双(6'-N,N,N-三甲胺盐-己烷基)-芴亚苯基)(PFP); 利用氧化加成聚合反应制备了水溶性阴离子共轭聚合物: 聚(3-噻吩乙酸钠)(P3TSA). 通过核磁共振氢谱(¹H NMR)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)等对其结构进行了表征. PFP与P3TSA通过静电相互作用形成稳定的高分子复合物. 利用紫外-可见光谱(UV-vis)和荧光发射光谱证明共轭高分子复合物能够发生能量转移. 保持PFP的浓度不变, 高分子复合物能量转移效率(ETEF)随着P3TSA浓度的增加而逐渐增大. 选取ETEF较高的样品, 考察了DNA探针用量对高分子复合物ETEF的影响. 随着DNA探针浓度的增加, ETEF逐渐减弱. 最后, 利用0.2 nmol DNA探针进行了DNA杂交配对检测. 实验结果表明, 这种检测方法可以明显区分完全互补配对、双碱基错配和非完全互补配对的目标DNA. 简而言之, 我们成功发展了一种基于共轭高分子复合物能量转移、具有高选择性的非标记DNA检测方法.     

阳离子基因载体的pH敏感遮蔽体系的制备及表征

合成了一种pH敏感的遮蔽体系-谷氨酸苄酯/谷氨酸共聚物(PBLG-co-PGA), 用于对DNA/阳离子基因载体复合物颗粒表面正电荷的遮蔽, 以提高其在体内的稳定性. 研究表明, PBLG-co-PGA (PGA(x), x为PGA占共聚物中摩尔百分数)具有pH敏感性. 并以pH敏感点接近生理pH值的PGA(60)为遮蔽体系进行研究. PGA(60)能够对DNA/PEI(1:1)复合物颗粒表面正电荷进行有效遮蔽. 凝胶阻滞电泳显示, 用PGA(60)对DNA/PEI复合物进行不同比例遮蔽, 没有发生与DNA的链交换作用. MTT细胞毒性测试表明, PGA(60)和三元复合物DNA/PEI/PGA(60) 在测试范围内几乎没有细胞毒性. 荧光素酶转染实验表明, 部分遮蔽后转染效率有所提高; 用PGA(60)对DNA/PEI复合物完全遮蔽为负电后, 由于同细胞表面的电荷排斥作用, 三元复合物不易被细胞内吞, 导致不发生细胞转染. 因其合适的pH响应性, PGA(60)将可能成为一种能随pH值的变化, 实现对聚阳离子基因载体进行电荷遮蔽/智能释放的遮蔽材料.     

响应性阳离子聚合物及聚合物纳米胶束基因载体

人类多种疾病都与基因的结构或功能改变密切相关,基因治疗已经成为改善人类健康的新兴医学治疗手段,基因治疗的关键在于构筑高效的基因载体.发展生物可降解、具有高转染效率和低毒性的阳离子聚合物基因载体已经成为当今该领域的主要任务.本文主要介绍了对细胞内外的环境差异和外界刺激具有响应性的阳离子聚合物基因载体的合成方法,实现DNA在细胞内的有效释放;构筑不同拓扑结构的聚合物,运用聚合物的拓扑结构来调节DNA与聚合物组装复合体形貌,实现DNA的可控压缩和提高载体的转染效率;通过两亲性阳离子聚合物的自组装形成稳定的阳离子纳米胶束,增加聚合物表面电荷密度,从而有效增强聚合物和DNA结合能力,实现低正负电荷比条件下的DNA压缩和基因的高效表达.     

聚电解质结构及盐浓度对基于DNA和聚阳离子的层层组装型大孔薄膜结构的影响

选择2种不同类型的聚阳离子[强电解质型聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)和弱电解质型聚盐酸丙烯胺(PAH)], 分别和脱氧核糖核酸(DNA)分子通过静电吸附作用制备层层组装膜. 利用原子力显微镜和紫外-可见分光光度计研究了聚阳离子结构和组装分子溶液中盐(NaCl)浓度对大孔结构及薄膜生长规律的影响. 结果表明, 在DNA/PDDA体系中, 盐浓度对于大孔结构的形成起到关键性作用. 而对于DNA/PAH薄膜体系, 即使增加DNA或PAH溶液中盐的浓度, 也不会有大孔结构出现, 这主要是由PAH分子的弱电解质特性决定的.     

羟乙基纤维素/AMPS接枝共聚物与大豆分离蛋白形成聚离子复合物研究

用硝酸铈铵/硝酸(CAN/HNO3)引发了羟乙基纤维素(HEC)与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)的接枝共聚反应.研究了单体浓度、引发剂浓度和反应温度对接枝率的影响.由于强酸型基团磺酸基的引入,接枝共聚物带有了阴离子电荷,在小于大豆分离蛋白等电点(pH=4.5)的缓冲溶液(pH=1.5)中,通过接枝共聚物的阴离子电荷与大豆分离蛋白(SPI)阳离子电荷之间的静电相互作用,可以形成HEC-g-PAMPS/SPI聚离子复合物.以聚离子复合物负载模型药物布洛芬(Ibuprofen),在37℃于不同pH的缓冲溶液中进行了体外释放研究.药物释放速率的测定表明,以HEC-g-PAMPS/SPI聚离子复合物作为布洛芬的载体,可以在选择性条件下实现药物可控释放的目的.     

纳米阳离子多聚物在基因载体系统的应用

阳离子多聚物能与DNA通过静电吸附作用而自组装成纳米微粒,防止DNA被核酸酶降解.阳离子多聚物由于具备合成简便、储存稳定、基因荷载率高、靶向性强、免疫原性低等优点而被用作基因载体.阳离子多聚物按特性可分为两类：合成型和天然型.经典的人工合成型阳离子多聚物基因载体主要有：多聚乙烯亚胺、多聚左旋赖氨酸和树状大分子等;天然生物型阳离子多聚物基因载体主要有壳聚糖及其衍生物和明胶等.本文详细论述了各种阳离子聚合物用作基因载体的性能特点、自身缺陷、介导基因进入细胞的机理和靶向性策略,并对非病毒基因载体的发展作出展望.     

DDAB/Tween 80阳离子脂质体的构建与评价

阳离子脂质体是基因转染中最受关注的一种非病毒类载体。本文以双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)与聚山梨酯-80(Tween 80)复配构建阳离子脂质体,并评价其使用安全性和DNA压缩性能。结果显示,DDAB与Tween 80 5∶5复配形成的脂质体,粒径和Zeta电位适中,对溴酚蓝产生较强的包封作用;同时,可以有效地抑制DDAB的细胞毒性,在≤800μM时,红细胞溶血率5%,表现出优良的使用安全性;当该脂质体与DNA质量比为4时,对DNA显示出较强地结合压缩作用,且形成的复合物带有较高的正电荷(约+40 m V),这为基因转染提供了良好的理论基础。     

以阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束为模板合成有序介孔二氧化硅

基于静电作用, 阴离子表面活性剂可与阳离子聚铵组装形成复合胶束. 借助阳离子聚铵,复合胶束可以作为模板与硅源协同组装, 形成高度有序的介孔二氧化硅. 本文通过调变不同种类阴离子表面活性剂、合成体系pH值、合成温度及阳离子聚铵和硅源用量等因素, 合成了具有不同介观结构和形貌的介孔二氧化硅. 实验证实阴离子表面活性剂/阳离子聚铵复合胶束模板法是合成介孔二氧化硅的一种通用方法.     

含大环多胺的两亲性小分子的设计合成及与DNA的相互作用

本文设计合成了两个含大环多胺亲水基团和甾体亲脂结构的两亲性小分子化合物, 化合物的结构经过核磁共振谱, 红外光谱和高分辨质谱确证. 凝胶电泳实验显示这类化合物与Sn-甘油-1,2-二油酰-3-磷酰乙醇胺 (DOPE)形成的阳离子脂质体对DNA有很强包裹能力. 两种脂质体M1和M2分别在N/P比为7和5时即可完全包裹质粒DNA. 另外, 这类脂质体与DNA形成的复合物的粒径经测定在160~220 nm之间, zeta电位为+20~40 mV. 实验结果显示这类脂质体具备了作为非病毒基因载体的潜在性, 可为设计阳离子脂质提供新思路.