超分子水凝胶用作基因载体的研究

基于环糊精主客体相互作用制得的超分子水凝胶，因其制备条件温和、凝胶化过程易于调控、可注射等特点，在药物控释、组织工程支架构建等领域有重要应用前景。然而目前，该类水凝胶的应用探索多局限于小分子药物或模型蛋白载体研究，几乎未见有工作涉及基因载体研究。基于此，本项目拟利用树枝状大分子共价修饰聚合物客体分子，所得共聚物在水溶液中首先与基因复合形成纳米复合物，然后与α-环糊精通过主客体相互作用制备超分子水凝胶。拟系统研究体系组分浓度、分子结构等因素对所得超分子体系组装动力学、粘弹性能、触变性能、网络结构的影响规律，同时探寻所得超分子水凝胶的结构与基因转染效率之间的关系，进而获得有关该类超分子水凝胶结构与性能的调控方法，探索超分子水凝胶用作支持基因持续表达的载体及组织工程支架材料的可行性。本项目拟首次将树枝状大分子引入超分子水凝胶基质中，以期构建一类新型可注射凝胶材料用于基因治疗和组织工程等领域。

基于环糊精主客体相互作用制得的超分子水凝胶，因其制备条件温和、凝胶化过程易于调控、可注射等特点，在药物控释、组织工程支架构建等领域有重要应用前景。基于此，本项目利用树枝状聚赖氨酸共价修饰聚合物客体分子，所得共聚物在水溶液中首先与基因复合形成纳米复合物，然后与α-环糊精通过主客体相互作用制备超分子水凝胶。系统研究了体系组分浓度、分子结构等因素对所得超分子体系物理性质的影响规律，探寻了所得超分子水凝胶的结构与基因转染效率之间的关系，获得有关该类超分子水凝胶结构与基因转染性能的调控方法：该类超分子水凝胶的基因转染效率与树枝状聚赖氨酸的代数和末端基团直接相关，代数越高、且有精氨酸修饰的超分子水凝胶的基因转染效率显著提高。所得超分子水凝胶基因载体可长时间持续释放基因达7天以上，且其释放产物也表现出较高的基因转染效率，在有血清条件下其基因转染效率明显高于PEI-25k。将所得超分子水凝胶基因载体负载MMP-9表达质粒用于鼻咽癌的治疗实验，发现该凝胶材料可持续释放MMP-9质粒且持续抑制肿瘤细胞增殖，其抑制效果与每2天注射一次PEI/MMP-9的效果相当。本项目首次将树枝状聚赖氨酸引入超分子水凝胶基质中，构建了一类新型可注射凝胶材料，在基因治疗和组织工程等领域具有重要的应用前景。.在此基础上，为提高树枝状聚赖氨酸的基因转染效率，申请人提出利用点击化学方法构建星型阳离子共聚物，将低代数（3代）树枝状聚赖氨酸基元偶连到环糊精、卟啉等多官能团核心分子上得到星型阳离子，以期通过这种结构设计达到高代数树枝状大分子的基因转染效率。实验取得了初步的结果，该类材料的基因转染效率在一定条件下可达到PEI-25k的水平。基于这部分工作，申请人在Biomaterials等杂志上发表研究论文多篇。 .此外，申请人在国家青年基金的资助下积极进行了一些新的探索性工作，如：将超分子水凝胶用于双重药物载体、生物传感器等研究领域，拓宽了超分子水凝胶的应用领域；利用紫外光固化技术制备具有氧化还原敏感的水凝胶药物载体；利用氧化石墨与含苯环类药物的强的相互作用，设计制备了一类水凝胶药物载体，药物充当交联剂的角色直接使氧化石墨凝胶化。.在青年基金的支持下，申请人完全掌握了树枝状聚赖氨酸的合成、并衍生出一系列衍生物，为自己的科研起步奠定了基础，开拓了天地。