基于多肽自组装的新型多功能集成的肽类基因递送载体研究

Gene therapy is considered as a method for treating human major diseases resulting from genetic disorders such as cancer, monogenetic diseases, cardiovascular diseases, and other conditions. However, it is important that how to make an active nucleic acid molecule enter the target cell and work via a safe and effective gene delivery system. A desirable gene delivery carrier is needed to combine with the nucleic acid molecules easily and help it enter the target cell with good bioavailability. According to the barriers in the process of gene entering into cell, combining several the designed functional peptide segments into one peptide chain to form a multifunctional peptide gene carrier by use of peptide synthesis technology could be a good method to solve the above problems. In previous work, we found that the peptide self-assemblies could be tune by changing the sequence or modification with the alkyl residue. Therefore, according to the feature of peptide synthesis, this project planned to design and build a multifunction-integrated gene delivery system based on the peptide self-assembly to study the physical and chemical characterization of the co-assembled complexes between nucleic acids and peptides, and evaluate the efficiency of each functional segment. Then, it will try to accomplish the delivery of model and functional nucleic acids molecules using the designed novel carriers. This project can help to understand the necessity of de novo design in accordance with special requirement and offer the new idea and theoretic proof for studying the novel peptide gene carriers.

基因治疗虽然被认为是最具潜力的人类重大疾病的治疗方法，但如何将有活性的核酸分子递送到靶细胞并使其发挥作用是制约基因治疗领域发展的重要瓶颈。理想的基因递送载体既要有良好的生物相容性，易与核酸分子结合，又要能够对核酸分子进入细胞提供必要的帮助。根据核酸分子进入细胞需要克服的障碍，设计不同多肽功能片段，利用多肽合成的特点，将这些片段集成在一条肽链上，形成一个含有多功能片段的多肽基因载体可能是解决这一问题的有效办法。前期研究发现，多肽自组装体可以通过改变氨基酸的序列或用烷基链修饰进行调控。因此，本课题拟利用多肽的结构特点，设计并建立基于多肽自组装的多功能集成基因递送系统，并通过研究多肽与核酸分子共组装体的理化性质和评价各功能片段发挥作用的效率，实现新载体对模型及功能核酸分子的成功递送。本研究的实施有助于深入理解从源头按需设计的必要性，为研究新型多肽类基因载体提供新的思路和理论依据。

本项目在基金的支持下，设计了一系列多功能集成的多肽类基因递送载体，并评价了载体在细胞及动物水平的基因递送能力。根据核酸分子进入细胞需要克服的障碍，项目研究团队设计了包括透膜片段、内涵体逃逸片段、疏水片段以及靶向片段等不同多肽功能片段，利用多肽固相合成的特点，将这些片段集成在一条肽链上，形成一个含有多功能片段的多肽基因载体。项目组通过在前期研究的基础上，通过增加细胞摄入、提高内涵体逃逸能力和增加稳定性三个方面，对多肽载体进行设计上的完善，使转染效率大幅提高。在完成本项目预定任务的前提下，项目组还开展了其他两个方面的研究。一是研究新型大环化合物柱芳烃、联苯芳烃的主客体性质和其作为药物载体在抗肿瘤方面的应用。项目组利用羧基柱[6]芳烃与奥沙利铂通过主客体识别组装形成复合物，制备了一种pH响应型药物递送体系，在肿瘤部位酸性微环境的刺激下，主客体结合常数降低导致奥沙利铂释放，提升了抗肿瘤效果。项目组还通过多肽修饰柱[5]芳烃，形成多肽－柱芳烃缀合物，通过耗竭肿瘤细胞内的多胺分子导致肿瘤细胞的凋亡，达到很好的抗肿瘤效果。这是将柱芳烃分子作为“效应分子”的新尝试。另一个研究是通过层层自组装方式，实现了一种多肽类药物PEG化鲑鱼降钙素和小分子药物棉酚的零级释放。体内实验结果证明，层层自组装的药物缓释系统可实现药物的持续稳定释放，血药浓度的维持时间与自组装层数正相关。以上研究内容在项目的支持下，共发表SCI收录的研究论文15篇，总影响因子为90.278，申请中国发明专利3项，授权1项。