合成糖脂在磷脂单分子、双分子层膜中的界面行为研究-DNA载体的设计及制备

Synthesized glycolipids are attracted more and more attention due to their tunable molecular structure and function. Glycolipid is one of important biosurfactants. As a component of cellular membrane, it constructs the framework of cellular membrane in a bilayer state with phospholipid and cholesterol. It certainly acts important roles in many cellular reactions, such as molecular recognition, signal transfer, membrane fusion, etc. Meanwhile, glycolipid is also the symbolic substance and antibody component of cell surface. Thereby, introduction of glycolipid into carriers for drug, antibody and DNA is believed to enhance the targeting and increase the efficiency of transfection. . The aim of this study is to design and prepare functionalized liposomes for gene transfection. Glycolipids with various chemical structures are added into LB membrane and liposomal bilayer of phospholipid. The effect of their chemical structure, and spatial conformation on properties of liposome and lipid bilayers is discussed. The mechanism of applying lipid/glycolipid liposomes to DNA delivery and transfection is explored. The study is hoped to provide theoretic directions for design and preparation of multifunctional gene carriers.

合成糖脂因具有分子结构及功能可调的特点引来越来越多的关注。糖脂是一种两亲性分子，作为细胞膜的成分，和磷脂、胆固醇等以双分子层形式构建细胞膜骨架，并在细胞表面分子识别、信息传输、膜融合等细胞反应过程中起到重要作用。糖脂是细胞表面标志性物质，也是细胞表面抗原的重要成分，因此，糖脂应用于药物、抗体或DNA载体，能够提高细胞识别力，增强靶向性。本项目拟利用糖脂的分子识别能力，以基因转染载体的设计、制备为应用背景，研究糖脂与阳离子磷脂混合脂质体的制备方法及其稳定性，研究糖脂分子结构和空间构象对脂质体及其双分子层膜性质的影响，探索糖脂/磷脂混合脂质体作为载体用于DNA运送、转染过程的机理，为设计和制备多功能型脂质体基因转染试剂以及脂质体的其它应用提供理论指导。

本项目利用糖脂的分子识别能力，以DNA、抗癌药物载体的设计、制备为应用背景，通过研究糖脂分子结构和空间构象对糖脂/磷脂混合脂质体及其双分子层膜性质的影响，探索功能化混合脂质体作为载体用于DNA 的运送和转染过程的机理，探讨生物膜融合、膜内吞的机制，进而证实其应用前景，为设计和制备多功能型脂质体以及智能化生物膜的其它应用提供理论指导。.合成了不同构型的半乳糖糖脂分子并将其与磷脂混合，通过LB膜、AFM等技术，结合释药动力学、细胞实验等研究手段，发现1）糖脂碳链的增加，磷脂/糖脂单分子膜的致密度、稳固性、分子间吸引力均上升；导致膜的流动性降低，热稳定性增加，膜致密度的差异主要取决于分子的空间结构，而膜的流动性和热稳定性更多依赖于分子作用力；发现2）含糖脂的脂质体对DNA的结合率均比不含糖脂的脂质体的高出大约20个百分点，含α型糖脂的脂质体对DNA的结合率比含β糖脂的结合率高了约10%，含α糖脂脂质体中磷脂和糖脂分子间引力较大，膜的流动性小，导致DNA结合率增加，比较相同结合率的情况下，其细胞转染效果也更好；对含偶氮苯糖脂的界面行为研究发现3），由于膜压的存在，对纯偶氮苯糖脂的反-顺异构化行为有抑制作用，然而在糖脂/磷脂混合体系中，由于分子间的相互作用的存在，提高了偶氮苯糖脂的反-顺异构化程度，且膜的流动性越强，对异构化行为略有抑制作用；对含偶氮苯糖脂脂质体研究发现4），偶氮苯光异构化在脂质体膜上产生纳米通道导致药物释放，糖脂分子结构、脂质体膜流动性均对异构化进而对释药产生影响，实现了阶梯式缓慢释放的效果；最后，5）合成了双尾链偶氮苯两亲分子并与上转换纳米颗粒进行自组装，实现了近红外光控制释药物的目的。.此外，我们设计了多种功能化两亲性分子用于囊泡的自组装，致力于开发研究各种环境可控脂质体，包括光、温度、pH、超声敏感脂质体，通过对这些分子的界面行为研究，探讨生物膜实施功能的机制。