药物和基因传递材料与细胞的相互作用及其调控研究

The critical scientific issue in drug and gene delivery fields, the interactions between materials and cells/cell organelles, will be investigated. The co-delivery systems for chemotherapy drugs, MDR inhibitors and therapeutic genes, which are specifically designed for interacting with cell organelles will be prepared by the assembly of different functional modules. The species and quantities of the functional components could be conveniently adjusted according to the requirements of delivery of particular therapeutic agents. The delivery systems could interact with different cell organelles, including the tumor targeting ligands interacting with cell membranes to enhance cell internalization, the pH sensitive components to facilitate endosome/lysosome escaping, the reduction sensitive structures interacting with cytoplasm to accelerate the drug release, the mitochondrial targeting groups together with proapoptotic peptides for inducing mitochondrial dysfunction, and the nuclear localization signals for mediating the nuclear translocation. Various strategies to reverse drug resistance including inhibiting P-gp function, down-regulating the expressions of P-gp, MRP1 and Bcl-2, and inducing apoptosis through mitochondrial dysfunction will be realized by using the co-delivery systems. The synergistic effects of the different therapeutic agents simultaneously loaded in the delivery systems on the inhibition of drug resistant cancer cells will be evaluated. In addition, the effects of the delivery systems on other cell functions will be studied. This study will provide theoretical knowledge on the preparation of multi-component synergistic delivery systems.

针对药物与基因传递材料的关键科学问题，对传递材料与细胞及细胞器的相互作用及其调控机制开展深入的研究。通过功能模块组装的方法构建负载化疗药物、耐药抑制剂、治疗基因的与特定细胞器作用的共传递系统。传递系统中各功能组分均通过模块的组装而引入，因此可便利地调节功能组分的种类和数量。通过传递系统与各细胞器的作用，将治疗组分高效传递到特定细胞器以达到最优的传递效果，包括与细胞膜作用增强内化的靶向配体，与内体、溶酶体作用增强逃逸的pH敏感组分，与胞浆作用加速释放的还原敏感结构，与线粒体作用的线粒体靶向基团及线粒体凋亡肽，与细胞核作用介导入核的核定位信号。利用协同传递系统中耐药抑制剂、治疗基因在细胞内通过抑制P-gp、下调P-gp、MPR1、Bcl-2的表达、诱导细胞凋亡等多种途径逆转耐药，研究体系中多组分的协同作用逆转肿瘤耐药的效果及传递系统对细胞其它功能的影响，为多组分协同传递体系的研制提供理论依据。

针对肿瘤治疗的关键难点如治疗耐受和免疫抑制，本项目开展了基因和药物传递系统与多种细胞（包括肿瘤细胞和免疫细胞）的相互作用及其调控研究。设计构建了多种功能化药物和基因传递系统，载体可与细胞膜作用以靶向肿瘤细胞、增强细胞摄取；与内涵体作用以增强内涵体逃逸；与细胞核作用以增强核转运。通过传递系统将核酸药物、化疗药物、耐药抑制剂、光热剂等治疗剂高效传递到特定的细胞及细胞器，有效调控了细胞行为。研究工作主要包括以下几部分：1) 制备了负载核酸治疗剂（如敲除与肿瘤发展密切相关的蛋白β-连环素、周期蛋白依赖性激酶11、粘者斑激酶、镁依赖性蛋白磷酸酶1δ的基因编辑CRISPR/Cas9质粒；激活抗肿瘤免疫的表达IL-12的质粒等）的系列基因传递系统。对于肿瘤细胞，传递系统可将核酸治疗剂靶向传递到细胞核，实现高效基因编辑，通过敲除上述肿瘤治疗中的重要目标蛋白，进一步调控系列与肿瘤发展相关的蛋白，从而有效调控肿瘤细胞行为，达到了逆转肿瘤细胞恶性化、抑制细胞生长增殖、防止肿瘤发展侵袭转移、逆转肿瘤免疫抑制及免疫逃逸、逆转耐药、下调肿瘤细胞干性、激活与之共培养的免疫细胞等目标；对于免疫细胞，基因传递系统可有效激活其抗肿瘤免疫。2) 构建了功能化药物共传递系统，通过传递系统将药物和耐药抑制剂共传递到肿瘤细胞，针对不同的耐药机理，在肿瘤细胞内通过抑制P-gp、下调P-gp、GSH等多种途径逆转耐药。3) 制备了多种协同抗肿瘤传递系统，将不同治疗剂或诊疗材料传递到肿瘤细胞，实现多种治疗剂及不同治疗模式的协同作用，以发挥出最优疗效。4) 设计构建了负载分子信标的高效传递系统用于循环肿瘤细胞的检测，通过功能化载体将分子信标靶向传递到外周血中循环肿瘤细胞内，实现了对未处理的原血中活循环肿瘤细胞内RNA的单细胞水平原位检测，为癌症的精准治疗提供了重要依据。