基于协同组装的新策略高效构建肿瘤细胞靶向siRNA传递系统

This project is based on the principle of non-covalent assembly, to propose a new concept of "chemical assembly". Using covalent bond in the layer-by-layer assembly, this project study the method and mechanism of the new collaborative assembly strategy, and the effect factors on siRNA delivery system in vitro and in vivo, to constract the novel tumor-targeted siRNA delivery system. Herein, we designed and synthesized a new cationic reduction sensitive lipid, which can assemble into lipoplex with siRNA by electrostatic interaction. And then, the lipoplex was coated by the anionic polymers (Hyaluronic acid) with targeting ligands through safe and quick "click chemistry". This new strategy, covalent binding instead of electrostatic interaction to coat lipoplex with anionic polymers, can solve the problems such as low combining capacity with siRNA due to the completely dependent on the layer-by-layer assembly by physical interaction, unstable coating layer, moreover disassembly of lipoplex. Also it can solve the conflicts between the cationic positive charge versus toxicity as well as gene binding affinity versus stability of lipoplex. This new strategy could provide an efficient way for development of safe, stable, quality controllable as well as well predefined functional delivery system. The original assembly strategy is the development of assembly theory, has the universal significance and important application value for the innovation platform of assembly technology, which will greatly promote the clinical application of siRNA therapy and their delivery systems and also provide a new opportunity for their application in assembly based on other nano-delivery systems.

基于非共价键组装原理，提出"化学组装"新概念，在层层组装中联合应用共价键，研究该协同组装新策略实施的方法、规律及其对siRNA和递送系统体内外性质的影响，构建肿瘤细胞靶向siRNA传递系统。设计合成还原敏感阳离子寡肽脂质，与抗肿瘤siRNA通过静电作用组装成阳离子脂质体，再选择安全快速的点击化学反应将靶向功能的阴离子聚合物透明质酸与之化学组装成包覆层。这种以共价结合替代静电作用实现脂质体包覆的策略，解决了完全依赖物理作用的层层组装导致的siRNA结合率低、包覆层不稳定甚至解组装等关键问题，解决了阳离子载体正电性与毒性、siRNA结合率和递送系统稳定性的矛盾，为构建安全稳定、质量可控和预定功能的递送系统提供了高效的方法。这种源头创新的组装策略是组装理论的发展，是具有普遍意义和重要应用价值的组装技术创新平台，将大大推进siRNA及其递送系统的临床应用，对其它纳米递送系统的组装具有参考价值。

针对目前siRNA递送系统组装过程中存在的安全性与有效性不能统一的关键问题，本项目创新性提出一种物理-化学协同组装策略，将依赖于物理相互作用的层层组装拓展为依赖物理相互作用和化学共价键合的协同组装，以构建安全、稳定、高效的肿瘤靶向siRNA递送系统。.本项目成功设计并合成了通用于脂质体表面点击化学组装的两种模块分子叠氮化胆固醇和炔基化透明质酸，以及可作为基因药物载体的还原敏感阳离子寡肽脂质LHSSG2C14。将LHSSG2C14与叠氮化胆固醇制备的叠氮化还原敏感阳离子脂质体与抗肿瘤siRNA通过静电作用形成稳定的复合物，再利用叠氮与炔基间温和高效的点击化学反应，成功将负电性的透明质酸化学组装到基于物理作用形成的复合物表面，构建了安全、稳定、高效的肿瘤靶向siRNA递送系统，显著提高了siRNA的体内基因沉默效率和抗肿瘤效果。这一组装策略解决了阳离子载体正电性与毒性、siRNA结合率和递送系统稳定性的矛盾，为安全高效的siRNA递送系统提供了一种新的组装技术平台，将大大推进siRNA药物的临床应用，也为其它纳米递送系统的组装提供了参考。.本项目在完成原有计划的同时，进一步拓展应用。设计合成了阳离子寡肽脂质LG2C14及其叠氮化衍生物N3-LG2C14，以及负电性小分子丙炔酸。基于物理-化学协同组装策略，成功将丙炔酸化学组装到复合物表面，构建了pH敏感siRNA递送系统，其在血液循环中荷负电，而在肿瘤弱酸性微环境中翻转为正电，提高了肿瘤细胞的摄取，具有良好的抗肿瘤效果。.本项目的研究成果共发表论文32篇，其中SCI收录24篇，3篇IF>10, 10篇5<IF<10，包括Nature Nanotech（IF 37.49，高被引论文），Adv Mater（IF 21.95），J Am Chem Soc（IF 12.113），Small（IF 9.581），Biomaterials（IF 8.557），J Control Release（IF 7.786）等。获得授权专利6项，申请发明专利6项（均已公开，含国际公开专利1项）。参加国内/国际会议共25次，特邀报告2次，邀请报告12次，主办国内/国际会议共3次。培养博士生3名，硕士生4名，均获得学位，指导的博士论文被评为2016年江苏省优秀博士论文（1人次）。项目负责人张灿被选为英国皇家化学会期刊Biomaterials副主编。