以"星型聚合物"为支链的新型线-梳型聚合物分子刷的制备及其用于构建多功能基因载体的研究

The success of gene therapy critically depends on the use of safe and efficient gene carriers. Currently, synthesis of carriers with well-defind structures and flexible functionalities is important, since it contributes to the study of structure-activity relationship and promotes gene expression levels. In this proposal, a novel kind of coil-comb polycationic macromolecular brushes will be synthesized by atom transfer radical polymerization. The block copolymer will be used for the study of structure-activity relationship and then be fabricated into a novel multifunctional gene carrier. The side chains on the comb blocks of the copolymer are composed of several star polymers with cyclodextrin as the core and polycations as the arms. The block copolymer possesses the structure features of star polymer and macromolecular brushes,and the advantages of natural materials and synthetic materials. These bring the copolymer several advantages such as well bicompatibility, flexible functionalities, controllable density and length of polycation chains et al. As gene carriers, it benefits the study of struture-activity relationship; and can be fabricated into gene/drug dual carriers with targeting agent via host-guest interactions between cyclodextrins and the guests. In addtion, the synthetic method of the copolymer and the assemble strategy of the polyplexes are versatile. More different kinds of functional block copolymers or self-assembled structures can be prepared by the similar methods used in this proposal.

基因治疗的成功主要依赖于使用安全有效的基因载体。现阶段，制备结构明确及功能灵活的载体有助于构-效关系研究及性能改善，具有重要意义。本项目采用原子转移自由基聚合法制备一种全新的线-梳型阳离子聚合物分子刷，用于构-效关系研究并构建多功能基因载体。其梳型嵌段支链由多个星型聚合物构成，星型聚合物的核为环糊精，臂为阳离子聚合物(其又构成线-梳型共聚物的分子刷)。共聚物在结构上兼备星型聚合物立体超支化特征与分子刷较高链段密度特征，在材料性质上兼备天然材料与合成材料的优势，这使其具有聚合物链密度长度可调、生物相容性好、功能灵活等优点，具备高效低毒基因载体的结构基础，利于构-效关系研究。项目将在此研究基础上，最终利用环糊精特有的包合性构建安全有效的靶向性基因/药物双重载体。此外，本项目共聚物的制备方法和复合物的组装思路还具有一定扩展性，采用相似的方法可制备其他功能的共聚物或自组装体，在多种领域得到应用。

本项目采用原子转移自由基聚合法(ATRP)合成了多种结构规整、组成明确的环糊精聚合物(CDP)，包括星型、线型及线-梳型。利用CDP链上相邻的CD间的协同作用，包合多种客体分子，用于自组装、药物/基因载体研究。研究工作基本完成了项目计划内容，并进行了适度的扩展，主要工作如下：.1.以PEG-Br为大分子引发剂，使用ATRP法同时引发甲基丙烯酸酯多取代环糊精单体及甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯（DMAEMA）的聚合得到核交联的星型聚合物。其可与芘及聚乳酸两种客体分子自组装形成纳米粒子，且形态尺寸可控。阿霉素可包载于星型聚合物中形成稳定的纳米粒子，药物体外释放具有pH值响应性，对肿瘤细胞HeLa和HepG2均有较高的体外细胞毒性，与游离药物相比，其对接种HeLa细胞的BALB/c雌性裸鼠具有更高的体内抑瘤效果。.2. 改进了以往环糊精单体制备方法，在温和的反应条件下，合成了一种新的甲基丙烯酸酯单取代环糊精单体，以ATRP法制备了侧链悬垂CD单元的二嵌段共聚物PEG-b-PCD。其可以与多种客体分子通过主-客体相互作用形成自组装体，且形态尺寸可控。.3. 将上述PEG-b-PCD与2-溴异丁基酰溴反应制得ATRP引发剂，引发DMAEMA的聚合得到了线-梳型阳离子聚合物刷，其可以有效复合pDNA，具有比单独星型聚合物或PEI25K更高的转染效率和更低的细胞毒性；其还可以同时包封DOX并复合pDNA，实现协同递送，产生了增强的细胞毒性。.4. 使用ATRP法，制备了以CD为核，PDMAEMA-b-PSBMA为臂的星型聚合物，聚合物显示了PSBMA嵌段独有的UCST行为，PDMAEMA中间嵌段对于UCST及聚集行为存在重要影响，其独特的星型结构还可以使UCST耐受更高的盐浓度溶液，此外，其能有效降低对蛋白的吸附并无明显的细胞毒性。.综上所述，本项目制备了一系列组成明确的CDP，其与多种客体分子进行自组装，得到具有不同结构和功能的纳米组装体，在药物和基因传递系统中具有良好的应用前景。事实上，本项目所用策略具有一定的通用性，改变环糊精种类、单体种类、客体分子种类及环境刺激等条件，可以制备得到更多具有不同形态及功能的材料，在药物/基因传递系统、生物传感器、自修复材料、催化、电化学、表面抗污染材料等多种领域均具有良好的应用前景。.研究结果已发表SCI国际论文7篇，国内会议论文2篇。