siRNA多功能自组装纳米载体的可控制备与肿瘤靶向治疗研究

RNAi shows great potential in cancer treatment, but the lack of effective in vivo delivery system inhibits its clinical application.Chanllenges include its non-tumor-cell sepcificity, low transfection efficiency, difficulty in preparation or size control, and etc.. In our early research, we developed a supramolecular nanoparticle (SNP) vector based on the molecular recognition between adamantine (Ad) andβ-cyclodextrin (CD) motifs contained on three molecular building blocks [i.e., CD-PEI, Ad-PAMAM, and Ad-PEG]. We loaded plasmid DNA with this SNP vector and realized high cell transfection in vitro based on Ad-Nanosubstrate. Based on previous researches, the objective of this project is to develop a new functionalized and size controllable supramolecular nanoparticle loaded with siRNA, aiming for tumor-target gene therapy. Therefore, Ad-PEG modified with tumor cell-specific peptide or cell-penetrating peptide will be designed and synthesized for size controlablled preparation of functionalized supramolecular nanoparticle. The effect of molecular building blocks prescription and reaction conditions on the size, physicochemical properties and in vivo distribution and metabolism of siRNASNPs will be studied. Furthermore,the effect and mechanism of SNP’s funtionalized modification on the reaction of siRNA-SNPs with tumor cell will be investigated. The tumor passive and positive targeting distribution,tumor cell specific tansfection and RNAi effect on target gene of functionalized siRNA-SNPs will also be studied in order to evaluate its potential for cancer gene therapy.

RNAi在肿瘤的治疗研究中显示了巨大潜力,但siRNA的体内输送是其临床应用的最大障碍。目前的载体还存着如靶向或转染能力差,粒径可控制备困难等问题。我们在前期发展了一种基于自组装分子模块：金刚烷修饰的PEG和PAMAM及环糊精修饰的PEI的自组装纳米载体,利用金刚烷和环糊精的包结络合作用实现载体的自组装和基于组分比例调控的粒径可控制备，并实现了质粒装载和基于硅纳米线的细胞转染。本课题将在此研究基础上,发展一种可装载siRNA,实现粒径和修饰可控制备并可用于肿瘤靶向治疗的多功能自组装纳米载体：合成靶向肽或穿膜肽修饰的自组装分子模块,构建粒径可控和功能化的自组装纳米载体; 阐明分子模块处方和反应条件对载体粒径、理化性质的影响; 探讨功能化对siRNA自组装纳米载体细胞结合和转染的作用;研究多功能siRNA自组装纳米载体的肿瘤靶向分布与转染及对靶基因的RNAi效果，评价其用于肿瘤基因治疗的潜力。

以RNAi为代表的基因治疗技术在肿瘤的治疗研究中显示了巨大的潜力，但siRNA等基因药物的体内输送依然是其临床应用的最大障碍。目前的输送载体还存着如靶向和转染能力差，制备或理化及生物学性质控制困难等问题。本课题在我们前期发展的自组装纳米颗粒基础上，进一步发展制备了一种基因载荷多功能自组装纳米载体（f-pDNA@SNP），有效实现了siRNA等基因药物的高效稳定载荷和不同理化性质及功能化修饰的可控制备，得到的基因载荷功能化自组装纳米制剂可以高效的递送RNAi药物进入细胞并从溶酶体中快速释放，实现对目标基因的高水平RNAi效果，系统给药后可以靶向性分布到肿瘤组织并转染肿瘤细胞，并通过RNAi作用抑制目标基因的表达以实现对肿瘤新生血管形成的抑制作用，最终有效的抑制了肿瘤的生长。基于上述载体潜在的细胞毒性及基因药物释放困难等问题，我们进一步通过设计合成不同的自组装分子模块并进行基于转染效果和细胞毒性的处方筛选，得到具有高转染效率和低细胞毒性的基因载荷自组装纳米颗粒系统pDNA@SNPG1/800，该pDNA@SNPG1/800甚至可以实现对难转染细胞T细胞的高效基因递送，实现对T细胞的嵌合型抗原受体工程化改造且改造后的T细胞具有对肿瘤细胞的生物学活性。同时，针对基因载荷自组装纳米颗粒系统体内分布实时定量分析困难的特点，我们发展了一种基于生物正交反应和可定量PET成像的分析技术体系，结合我们所设计制备的具有体内快速分布与清除特性的分子影像探针，实现了基因载荷自组装纳米制剂体内分布的实时可视化高灵敏分析。本课题所取得的上述研究进展和结果为肿瘤基因治疗提供了一种有潜力的可控制备与功能化的纳米载体系统，也为原位T细胞CAR工程化改造和肿瘤治疗提供了一种高效低毒的转染制剂，另外，本课题发展的基于生物正交反应的PET影像技术和探针为纳米药物制剂体内分布的可视化定量分析提供了一种有效的手段，这些研究进展和结果对用于肿瘤靶向治疗的基因药物纳米制剂的发展和评价具有重要的科学意义并具有较好的应用前景。