微流控芯片可控合成siRNA复合纳米材料及其应用

siRNA, the important tool for RNA interference process, can achieve specific gene silencing and has many novel applications in cancer treatment, regulation of cell apoptosis, and screening of disease-related gene and drug targets. Nanomaterials are one of the most used carriers for in vivo siRNA delivery. Conventional methods for preparing siRNA-loaded nanoparticles involve complicated procedures, lack of condition control, and require expensive instruments. To address these challenges, microfluidic platforms have been employed for controlled generation of siRNA-loaded hybrid nanoparticles. The microfluidic chip is composed of multi-stages to form the multilayer structure of lipid-PLGA-lipid-siRNA nanoparticles by self assembly. The generated siRNA hybrid nanoparticles integrate the advantages of liposomes and PLGA nanoparticles, with great properties of slow-release, targeting, safety, biodegradability, high loading efficiency and high activity. Through the evaluation and study of the properties and biological effects of the hybrid nanoparticles, the optimal microfluidic synthesis conditions will be investigated.

siRNA是RNA干扰过程的常用工具，可靶向沉默特定基因，在癌症治疗、细胞凋亡调节、血管生成调控、疾病相关基因筛查、药物靶标寻找等方面具有重要应用。使用纳米材料负载siRNA是有效完成siRNA体内递送的重要手段。纳米材料的常规制备方法具有步骤繁琐、条件不易控制、仪器需求种类多等不足。为了提升合成条件的可控性以及提高合成装置的集成性，本项目拟采用微流控芯片技术实现siRNA负载纳米颗粒的自动合成。通过设计制造多入口多级的集成化微流控芯片，实现磷脂-PLGA-磷脂-siRNA分子的多级自组装，整合脂质体和PLGA纳米颗粒的优点，制备具有缓释、靶向、安全、可降解、高负载、高活性等性质的siRNA负载纳米颗粒。并通过对颗粒性能和生物效应的评价与研究，选择最优的合成条件，充分发挥微流控芯片高度集成化和流体精确可控的优势，建立siRNA负载纳米颗粒的高效自动化合成方法。

肿瘤多药耐药（multidrugresistance, MDR）是临床化疗失败的主要原因之一，也是当前癌症治疗面临的一项重大挑战。MDR的机制之一是肿瘤细胞膜上的P-糖蛋白过表达，在细胞膜上形成药物外排通道，降低细胞内药物浓度，导致肿瘤细胞耐药。小干扰RNA（siRNA）可靶向沉默特定肿瘤耐药基因（MDR1），在耐药癌症治疗等方面具有重要应用。然而，siRNA在体内运输过程中易被核酸酶降解而失活，且肿瘤细胞靶向性差，如何构建有效的纳米载体用于siRNA的靶向性递送，是siRNA研究领域的重要科学问题。本项目针对如何有效完成siRNA的体内递送这一重大挑战，利用微尺度空间中反应条件高度可控及传热传质迅速的优势、实现了多种siRNA负载纳米颗粒、pH敏感高分子纳米颗粒、核壳载药纳米颗粒等功能纳米材料的精确组装和连续制备。载药纳米颗粒生物安全性良好，在细胞层面和动物层面都表现了很好的基因沉默和肿瘤抑制效果，为克服临床肿瘤多药耐药的研究提供了新的思路。为了研究纳米颗粒的肿瘤靶向原理，我们利用二级微流控合成芯片，成功制备尺寸、形状、表面物化性质一致，仅刚性不同（或磷脂膜厚度不同）的核壳高分子载药纳米材料，实验发现刚度较大（或磷脂膜较薄）的载药颗粒可有效抑制癌细胞的活性；通过理论分析，给出刚度（或磷脂膜厚度）调节的纳米颗粒进入细胞的生物力学机制。本项目相关成果已发表SCI论文31篇，论文发表在Nature Biomedical Engineering, Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition, Advanced Materials, ACS Nano, Analytical Chemistry, Lab on a Chip, Biosensors and Bioelectronics等国际高水平期刊。培养已毕业博士生5名，在读博士生1名。申请专利5项。