基于环状多胺的线型阳离子聚合物基因载体的研究

基因治疗所面临的主要挑战是研制安全、靶向、高效、无免疫原性、规模化制造和纯化、价廉的基因载体。作为非病毒基因载体，阳离子聚合物已经成为一类重要的研究对象。我们的前期研究发现了一种全新的基于环状多胺的线型聚合物可以有效紧缩DNA，初步的实验结果显示其作为基因载体在体外转染实验中可得到高于PEI的转染效率，且细胞毒性明显更低。本申请拟对此进行深入研究。由于这类化合物具有高度的结构可修饰性，一方面可以通过母体结构的改造以较为系统地研究其结构－功能的关系；另一方面，针对聚合物在体外基因转染中可能遇到的阻碍，可引入具有特定功能的基团以克服各种胞内屏障。另外，我们亦希望通过引入亲水基团聚乙二醇或其它可降解的负电荷基团，进一步增强其生物兼容性，为体内转染的实现奠定基础。通过对上述问题的研究，可望开发出一类新型且易修饰的高效低毒的非病毒基因载体，为直接研究基因治疗的过程及其传输机制提供有效的信息和手段。

在基金申请书的研究方向指导下，以基于环状多胺的线型阳离子聚合物为基础，进行了较为全面和深入的研究。首先，合成了数个系列的基于cyclen的阳离子聚合物，连接基团包括含N原子、含O原子、含可降解酯键以及含长链疏水基的各类结构，较为系统地研究了其作为非病毒基因载体的构效关系。通过对结构的逐步改造，材料的转染效率、细胞毒性均得到了相当的改善。在这方面，我们发表了4篇较高水平的SCI论文。第二，首次认识到了除了cyclen，还有一些pKa分布更加合理的环状多胺，如1,4,7-三氮杂环壬烷（TACN），具有比cyclen更加优良的内涵体pH缓冲能力（“质子海绵效应”），有助于复合物从内涵体中释放，进而提高转染效率。对于TACN的研究我们还刚刚开始，发表了1篇有关基于TACN的阳离子脂质体的SCI论文，但这方面应该有较大的发展潜力，我们也准备再这方面继续申请国家自然科学基金的自助。第三，仍然利用我们制备cyclen聚合物的环氧化物开环聚合的方法，用可降解的桥联基团连接小分子PEI，得到了比25 kDa PEI转染效果更好，细胞毒性更低的阳离子聚合物，并以此为基础引入了长链疏水基团考察了所得的脂质体聚合物的转染效果。在这方面发表了2篇SCI论文。第四，首次发现基于N,N’-二羟乙基乙二胺（BHEDA）的二缩水甘油醚作为桥联基团与二胺开环聚合形成的阳离子聚合物无论在有无血清中均可给出比PEI更高的转染效率，且基本无细胞毒性。对于这类桥联基团，我们已申请相关专利。第五，我们还基于cyclen亲水头部合成了多个系列的小分子两亲性化合物，它们与中性脂质DOPE制备为阳离子脂质体后，可有效转染DNA，在这方面发表了5篇SCI论文。综上所述，在本项目资助下，共发表13篇SCI论文，培养硕、博士研究生各2~3名，基本达到了基金申请书预期之研究结果。本项目的研究除了获得了系列的正面结果，并将指导我们的后续研究外，还发现了一些新的生长点，使相关研究可以得到持续性发展。