大环多胺有机小分子作为非病毒基因载体的研究

基因治疗技术的发展为人类提供了更为有效的治疗疾病的手段，在基因治疗的过程中，基因载体能否安全有效地运载基因到指定地点，并释放完整的基因以使其得到高效表达是基因治疗能否在临床上应用的关键所在。前期工作中我们发现咪唑嗡盐的Cyclen衍生物对DNA具有较强的包裹能力，它在无任何外在中性辅助脂质体的条件下能进行基因转染。本项目拟对大环多胺衍生的有机小分子作为基因载体进行系统而深入地研究。合成以大环多胺为基本结构单元，含有咪唑鎓盐和不含咪唑嗡盐的一系列小分子化合物，研究其在生理条件下与质粒DNA的作用，以及作为非病毒基因载体在转染过程中的细胞毒性、转染效率、转运机制及其它们的结构活性关系，重点研究咪唑嗡盐的引入对DNA包裹保护能力和转染效率的影响，为设计安全高效低毒的非病毒基因载体提供理论与实践基础。

以基金申请书中所述研究内容为依据，设计合成了数个系列的基于大环多胺亲水头部的两亲性小分子，首次将这类化合物作为非病毒载体应用到基因转染，并对其构效关系进行了较为系统的研究。疏水基团分别选用了脂肪长链、甾族结构，连接基团则分别采用了含咪唑鎓盐、氨基甲酸酯、季铵盐、以及类似PNA的结构。这类含cyclen的两亲性小分子与中性脂质DOPE可形成较稳定的阳离子脂质体，这些脂质体可高效包裹压缩质粒DNA为合适大小和表面电位的纳米粒子，以便于细胞内吞。部分载体分子显示出了高于商品化转染试剂Lipofectamine 2000的转染效率及很低的细胞毒性。研究发现连接基团的微小变化如酯键方向的不同亦会导致转染结果很大的差异；含咪唑鎓盐连接基团的脂质转染效果较其他脂质好；而对于甾体类疏水基团，皂素比胆固醇更具有优势。此外还合成了一些“双尾”及“双头部”的含cyclen脂质，研究了它们与DNA的相互作用。这些均为之后合成更高效低毒的阳离子脂质提供了设计思路和经验。除了cyclen，我们也将一些具有特殊酸碱性质的大环多胺如1,4,7-三氮杂环壬烷（TACN）引入阳离子脂质分子的设计合成中，其良好的内涵体pH缓冲能力（“质子海绵效应”），有助于复合物从内涵体中释放，进而提高转染效率。另外，我们还对基于大环多胺的一些阳离子聚合物类型进行了研究，获得了一些正面的结果。除上述基因载体的研究外，在本基金的自助下，我们还对人工金属核酸酶与DNA相互作用、绿色有机合成方法学也进行了一定程度的研究。在本项目的资助下，共发表21篇SCI论文，培养硕、博士研究生近10名，达到了基金申请书预期之目标。本项目相关研究所获得的一些新的生长点为之后的进一步深入研究打下了坚实的基础。