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.     

聚苯丙氨酸修饰低分子量聚乙烯亚胺制备高效基因载体

分别制备了以支化小分子量聚乙烯亚胺(PEI-1.8k)为引发剂,引发苯丙氨酸-NCA开环聚合得到聚乙烯亚胺-聚苯丙氨酸(PEI1.8k-g-PPhe)以及聚乙烯亚胺接枝苯丙氨酸单体(PEI1.8k-g-Phe)的系列基因载体材料.利用核磁、粒度、zeta电位仪、荧光光度计、流式细胞仪以及激光共聚焦显微镜对PEI1.8k-g-PPhe,PEI1.8k-g-Phe以及PEI1.8k-g-PPhe/DNA和PEI1.8k-g-Phe/DNA复合物颗粒进行了系统的表征.研究结果表明,最佳转染条件下,PEI1.8k-g-PPhe10/DNA复合物颗粒的粒径约为150 nm,表面电位约为16 m V.在人源宫颈癌(He La)和人源乳腺癌(MCF-7)2种细胞系中均具有较高的基因转染效率,且最佳转染效率可达到PEI-25k的12倍.MTT细胞毒性实验分别比较了PEI1.8k-g-PPhe和PEI1.8k-g-Phe对He La细胞毒性的大小.从实验结果可见,苯丙氨酸引入的方式及数量决定着其细胞毒性的大小.PEI1.8k-g-PPhe和PEI1.8k-g-Phe都具有较低的细胞毒性(材料在较高浓度1 mg/m L时的细胞存活率大于70%).内吞实验结果表明,PEI1.8k-g-PPhe由于接入了具有规则聚合链的聚苯丙氨酸,而易于被He La细胞内吞.PEI1.8k-g-PPhe10/DNA复合物颗粒相比于PEI-25k/DNA,PEI-1.8k/DNA和PEI1.8k-g-PPhe/DNA具有更高的细胞内吞效率.     

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.     

聚谷氨酸接枝聚乙二醇@碳酸钙遮蔽体系用于提高聚乙烯亚胺基因转染效率

设计并合成了聚谷氨酸-聚乙二醇@碳酸钙(PPG@CaCO₃)纳米遮蔽体系,用于遮蔽聚乙烯亚胺(PEI)。一方面,聚谷氨酸-聚乙二醇(PPG)可以降低PEI引起的细胞毒性,更有利于体内应用;另一方面,CaCO₃可有效改善PPG导致的转染效率下降,并在一定程度上提高PEI的细胞转染效率。对比遮蔽体系PPG@CaCO₃和聚谷氨酸-聚乙二醇@磷酸钙[PPG@Ca₃(PO₄)₂]发现,PPG@CaCO₃在微酸性环境中释放二氧化碳气体是提高细胞转染效率的关键因素。小鼠体内循环实验表明,PPG@CaCO₃遮蔽体系可以增加载体在血液中的循环时间。因此,PPG@CaCO₃遮蔽体系对于改善阳离子类基因载体的体内应用起到重要作用。     

普鲁兰多糖为骨架的新型阳离子非病毒基因载体

通过琥珀酸酐将低分子量支化聚乙烯亚胺(PEI, 分子量1000)偶联到普鲁兰多糖(Pullulan)上, 合成了新型基因载体P-PEI. 利用 ¹H NMR、 FTIR、 粒度仪、 Zeta电位仪、 透射电镜和凝胶电泳对聚阳离子载体及其与质粒pDNA 的复合物进行了表征. 凝胶阻滞实验结果证明, 载体P-PEI在体外可以通过静电相互作用稳定结合pDNA, 并能有效抑制DNA水解酶及血清成分对pDNA的降解. 噻唑蓝(MTT)细胞毒性测试、 绿色荧光蛋白表达质粒(pGFP)及荧光素酶表达质粒(pGL3)转染实验结果表明, 载体P-PEI在N/P高达12.5时对细胞MCF-7, HeLa和COS-7的毒性低于PEI; 当N/P 为6.25时能有效将pGFP和pGL3带入Hela 细胞并表达, 最佳转染效率及荧光素酶活分别为, 比Lipo 2000[(49.13±0.61)%, (58.47±7.62)×10⁸ RLU/mg蛋白) 略低. 因此以Pullulan为骨架材料的P-PEI是一种新的有潜在应用价值的非病毒基因载体.     

PEI-g-MPEG/白细胞介素-10基因传递系统转染背根神经节细胞的体外性能研究

探索非病毒基因载体聚乙二醇-聚乙烯亚胺共聚物(PEI-g-MPEG)介导白细胞介素-10(Interleukin-10,IL-10)体外转染原代培养背根神经节细胞(dorsal root ganglion cells,DRGs)的效果.采用本实验室设计合成的PEI-g-MPEG,与同时携带增强型绿色荧光蛋白报告基因及IL-10基因的真核表达质粒DNA(pDC316-EGFP/IL-10)形成复合物,以脂质体(lipofectamine)复合体系Lipo/pDNA为对照,通过溴乙啶(ethidiumbromide,EB)排斥实验、凝胶阻滞电泳实验、粒径与电位的测定及扫描电镜等实验方法观察PEI-g-MPEG/pDNA的复合效果.并且检测了复合物对DRGs的毒性、转染效果及IL-10的蛋白表达情况.结果表明,PEI-g-MPEG在N/P(PEI-g-MPEG所含的氮原子和质粒DNA中磷原子的摩尔比)为5时可完全复合pDNA;随着N/P的增大,PEI-g-MPEG/pDNA复合物的粒径逐渐减小,而表面电位逐渐增大;在N/P为15时报告基因转染效果和IL-10蛋白表达情况较好,复合物的形貌呈大小均一的球形.PEI-g-MPEG/IL-10基因传递系统对于神经病理性疼痛的基因治疗具有潜在应用价值.     

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.     

细胞核靶向聚乙烯亚胺-地塞米松偶联物的制备及作为基因载体的应用

采用地塞米松(Dex)和低分子量聚乙烯亚胺(PEI)经酰胺化反应, 合成了一种新型靶向基因载体PEI-Dex偶联物. 研究结果表明, PEI-Dex可结合DNA形成复合物, 在最佳制备条件下(N/P=12), PEI-Dex/DNA复合物粒径为(162±1.90) nm, 电位为(12.8±0.11) mV, 适用于基因转染. PEI-Dex的细胞毒性较低, 可促进复合物的细胞核转运, 从而显著提高转染效率.     

壳聚糖在离子液体中均相接枝聚乙烯亚胺及其基因转运

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐([BMIM]Cl)为反应介质和催化剂,采用羰基二咪唑为偶联试剂,均相合成了壳聚糖/聚乙烯亚胺接枝共聚物(CS-g-PEI).采用红外光谱、核磁共振氢谱等分析手段对接枝共聚物进行了表征,证实了聚乙烯亚胺在壳聚糖分子链上发生了接枝共聚,接枝率达到42%.采用复凝聚的方法制备了CS-g-PEI/DNA纳米复合物,并利用动态光散射、透射电镜、凝胶电泳等技术对CS-g-PEI/DNA复合物的物理化学性质进行了表征.以人宫颈癌Hep-2细胞为宿主细胞、pGL3荧光蛋白为报告基因,考察了CSg-PEI/DNA复合物的体外转染性能.研究发现CS-g-PEI介导的荧光素酶质粒的表达较壳聚糖介导的荧光素酶的表达提高了大约160倍.MTT毒性实验表明,CS-g-PEI/DNA复合物在实验浓度范围内细胞毒性比较低.     

超支化聚乙烯亚胺-聚天冬氨酸苄酯共聚物的制备及性能

以超支化聚合物聚乙烯亚胺为引发剂, 天冬氨酸苄酯-NCA为单体, 利用热开环聚合法合成了超支化聚乙烯亚胺-聚天冬氨酸苄酯共聚物(PEI-PBLA). 用核磁共振波谱对PEI-PBLA的化学结构进行了表征. 研究了PEI-PBLA在水溶液及有机溶液中的自组装行为. 以芘为荧光探针测定了共聚物在水中形成胶束的临界胶束浓度. 以甲基橙为客体分子, 研究了共聚物胶束的包覆能力, 结果表明, 共聚物对客体分子的吸附与溶液的pH值有关. 研究了共聚物与质粒DNA的复合发现, PEI-PBLA能够很好地与质粒DNA复合, 并且可以避免DNA酶的降解, 对其起到一定的保护作用. 此聚合物在药物传输、可控释放及基因载体等方面都有着潜在的应用价值.     

Y-shaped block copolymers of poly(ethylene glycol) and poly(N-isopropylacrylamide) synthesized by ATRP

Novel Y-shaped block copolymers of poly(ethylene glycol) and poly(N-isopropylacrylamide),PEG-b-(PNIPAM)_2,were successfully synthesized through atom transfer radical polymerization(ATRP).A difunctional macroinitiator was prepared by esterification of 2,2-dichloroacetyl chloride with poly(ethylene glycol) monomethyl ether(PEG).The copolymers were obtained via the ATRP of N-isopropylacrylamide(NIPAM) at 30℃with CuCl/Me_6TREN as a catalyst system and DMF/H_2O(v/v = 3:1) mixture as solvent.The resulting copo...     

Synthesis of amphiphilic poly(ether-amide) dendrimer endcapped with poly(ethylene glycol) grafts and its solubilization to salicylic acid

An amphiphilic dendrimer (DPEA-PEG) grafting polyethylene glycol at the terminals was prepared by endcapping of dendritic poly(ether-amide) (DPEA) with isocyanate terminated linear polyethylene glycol (PEG-NCO). The molecular structure was verified by gel permeation chromatography (GPC), ¹H NMR and FT-IR. The micelle characteristic of DPEA-PEG in water was investigated. The critical micelle concentration (CMC) was determined by a fluorescence technique to be 55.5 mg/L. The hydrodynamic radius of micelles was measured by dynamic light scattering (DLS) to be 76.2 nm. The UV–vis spectrum showed that the solubility of salicylic acid increased from 1.91 to 2.78 mg/L when the concentration of DPEA-PEG attained 5 mg/mL in an aqueous solution.     

Preparation of telechelic oligomers by thermal degradation of propylene copolymers

The reactive end groups of nonvolatile oligomers obtained by controlled thermal degradation of poly(propylene-ran-ethylene) and poly(propylene-ran-1-butene) were determined by ¹H and ¹³C NMR spectroscopy. The molar ratio of unsaturated to saturated end groups was found to be about 9:1. The average number of unsaturated end groups per molecule was between 1.6 and 1.8, indicating that 60–80 mol% of the oligomer molecules were telechelic, having two terminal unsaturated end groups. These oligomers had a lower polydispersity than the raw material, despite their lower molecular weight and melting temperature. Although the end groups resulting from each monomer unit could be detected by ¹³C NMR, the end group composition differed from that of the main chains of the raw materials. The end group composition was satisfactorily explained by the differences in bond dissociation energy and activation energy of elementary reactions that occurred during thermal degradation, based on the monomer composition of the raw materials.     

Interaction and morphology of polyethylenimine/DNA complexes as studied by solid-state NMR spectroscopy

Solid-state ¹H wide-line and ³¹P magic angle spinning NMR were applied to a series of PEI(polyethylenimine)/DNA complexes. The experimental results revealed that the higher the nitrogen/phosphorus (N/P) molar ratio is, the more phosphorus atoms of DNA are engaged in the electrostatic interaction with PEI. ¹H spin–diffusion experiments manifested that the aggregation degree of DNA in the complexes decreases greatly when N/P ratio increases from 0.5 to 3 and changes only slightly with further increase of N/P ratio, indicating that DNA disperses in the matrix of PEI on the molecular level at higher N/P ratio.     

ABA型聚L-丙氨酸-聚乙二醇嵌段共聚物的合成及其表征

利用L-α-丙氨酸和三聚光气反应制备了N-羧基-α-丙氨酸-环内酸酐(NCA).以聚乙二醇(PEG)为原料.制备了端氨基聚乙二醇(PEG-NH₂),并以此作为引发剂,引发NCA开环聚合.合成了不同组成和分子量的聚L-丙氨酸-聚乙二醇(PLAA-PEG-PLAA)嵌段共聚物.利用IR、¹H NMR、DSC、WAXD、CD等方法对共聚物结构进行了表征.结果表明,PEG-NH₂引发NCA开环聚合得到的是嵌段共聚物,通过¹H NMR谱得到共聚物组成及数均分子量;引入PEG的结果使聚L-丙氨酸的亲水性有所改善;CD测诚结果表明共聚物在水溶液中主链主要以α-螺旋构象存在.     

温敏性纤维素/聚N-异丙基丙烯酰胺复合水凝胶的固体核磁共振表征及动力学研究

利用半互穿网络方法将具有温度响应的高分子聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)与天然纤维素复合得到温敏性水凝胶. 通过固体核磁共振的 ¹H, ¹³C CP/MAS(交叉极化/魔角旋转)和QCP(定量交叉极化)等实验手段对复合凝胶的结构进行了定性及定量研究, 并利用固体静态变温核磁共振实验和偶极滤波-自旋扩散实验研究了复合凝胶中PNIPAM分子链段的动力学行为.     

Synthesis and characterization of micro/nanoparticles of poly(vinylalcohol-co-vinylcinnamate) derivatives

Various poly(vinylalcohol-co-vinylcinnamate) derivatives including poly(vinylalcohol-co-vinylcinnamate), poly(vinylalcohol-co-vinyl-4-methoxycinnamate), poly(vinylalcohol-co-vinyl-2,4-dimethoxycinnamate) and poly(vinylalcohol-co-vinyl-2,4,5-trimethoxycinnamate) were synthesized by grafting poly(vinylalcohol) with appropriate cinnamoyl groups. The self-assembly of grafted products into spherical micellar nanoparticles was performed, and particles were analyzed using dynamic light scattering, scanning electron microscopy, and transmission electron microscopy. ¹H NMR analyses of the well-dispersed micellar particle suspensions and polymer solutions indicated that the hydroxyl groups of the polymer were on the outer surface of the spheres, while the cinnamoyl moieties were buried inside the spheres forming crystalline structure. Polymer with a higher degree of cinnamoyl substitution gave smaller particles upon self-assembly. Variations in particle sizes obtained from PV(OH) grafted with cinnamoyl derivatives of different methoxy substitution on the benzene ring were observed. Molecular weight of the polymers did not significantly affect nanoparticle size and morphology. In addition, self-assembly of the poly(vinylalcohol-co-vinylcinnamate) derivatives into hollow reverse micellar microparticles of uniform size was also demonstrated. ¹H NMR spectrum of the reverse micellar micro-particle suspension indicated that the cinnamoyl moieties were not in a crystalline state.     

新型两亲性含糖嵌段聚合物的合成与自组装

以β-环糊精(β-CD)和2-乙基-2-噁唑啉(EtOz)为原料, 通过活性端基化学偶联法制备了乙酰麦芽七糖/聚(2-乙基-2-噁唑啉)两嵌段聚合物(AcMH-b-PEtOz), 借助核磁共振氢谱、红外光谱和凝胶渗透色谱等手段证实了产物的化学结构. 采用核磁共振氢谱、荧光光谱、透射电子显微镜、动态光散射及紫外-可见分光光度等方法探讨了产物在水溶液中的自组装行为. 结果表明, 所得嵌段聚合物直接溶于水后可通过自组装形成纳米球形“核-壳”结构胶束, 同时具有温度响应性. 所得聚合物的临界胶束浓度(cmc)为4~7 mg/L, 平均粒径(d)为83~115 nm, 临界相转变温度(LCST)为49~64 ℃, 并且均可通过PEtOz的链长进行调控.