功能化脂质体保护的金纳米基因载体的制备和转染机制研究

It is hard to get satisfactory clinical results for unavailable of suitable vectors for gene therapy. How to develop gene vector contain good compatibility, target specificity and high transfection efficiency has become an urgent issue in gene therapy. In this project, we synthesize the long circulating/pH-sensitive and targeted liposomes protect gold nanoparticles as gene vectors for the first time, which will reduce the cytotoxicity and promote the transfection efficiency and target specificity of liposomes. Furthermore, we will study and compare the mechanism of each nano-vector: the interaction between the vector and DNA; the internalization efficiency of the vector and DNA; DNA transportation as well as the release process during the transfection. We will establish an integral system for the synthesis, characterization and application of the targeted liposome nano gene vector.The study could further provide guidance for the design of new nano gene vector with higher transfection efficiency. The completion of the project is expected to promote the development of liposome nano gene vectors and expand the applications of nanomaterials in gene therapy.

没有合适的基因载体是目前基因治疗难以取得满意临床效果的主要原因。研制出生物相容性好，具有靶向特异性和高转染效率基因载体，是目前基因治疗急需解决的问题。本项目中，我们首次以阳离子脂质体作为基因载体保护剂的基本成分，掺入了功能化脂质体如长循环/pH敏感型和靶向分子耦合脂质体，合成金纳米材料作为新型的基因载体。这些基因载体具有较低的细胞毒性，更高的细胞转染活性和细胞靶向性。与此同时，我们对不同靶向分子耦合基因载体转染机理进行探索和比较：研究不同靶向基因载体与DNA分子体外相互作用的过程；载体和DNA分子进入细胞效率；DNA分子在细胞内运送和释放的过程等。本项目将建立完整的靶向脂质体纳米基因载体合成、表征和应用的研究体系。项目的完成有利于新型、高转染效率纳米基因载体的设计，有望促进脂质体纳米基因载体的发展，拓展纳米材料在基因治疗中的应用。

高效的基因治疗的实现普遍需要基因载体的协助。非病毒基因载体更有安全保障，很少引起治疗过程的免疫反应，但其最大的问题就是转染效率低，稳定性差，严重限制了其在基因治疗中的实际应用。基于脂质体等转染试剂的新型多功能且对外源刺激能产生相应的纳米基因载体材料不仅能够克服非病毒基因载体的上述劣势，同时也给现代基因治疗带来了新的希望。本项目致力于逐步深入的设计合成功能性的纳米基因载体材料，探究这些材料的转染过程以及相关的机理，为更深入的研究和更有效的转染材料的设计与合成奠定基础。同时，让基因治疗与其它疾病治疗方法并肩作战，更有效的抗击疾病。研究的主要内容有：1）合成了对负电磷脂和pH敏感的脂质体保护金纳米材料，此材料可有效促进外源基因进入细胞和从内涵体释放，是非常稳定高效的纳米基因载体；2）设计合成的癌细胞靶向的纳米基因载体，它在特定的癌细胞有非常高的转染效率，对正常细胞和组织的毒性小，可实现癌症靶向的基因治疗；3）我们设计合成了一种可用于转载外源基因和药物的具有光热转换能力的纳米材料。通过聚多巴胺的调节，将金纳米星和与叶酸修饰的聚乙烯亚胺结合在一起，合成了一种新型的具有靶向性的纳米基因和药物载体平台，还可用于癌症的诊疗。4）首次通过同时改进光热转换能力和细胞吸收能力来提升光热治疗试剂的性能研究，目的是通过结构和成分的改造，使普通的材料变成更为有效、具有更高性能光热治疗能力的基因和药物载体材料。5）合成了正电荷表面的聚乙烯亚胺保护的载有四氧化三铁的石墨烯复合物纳米材料，该材料的具有较好的磁靶向和光热转换能力，也可用于装载外源基因和药物。这种多功能的新型的纳米基因和药物的载体平台可利用核磁成像和光热成像等对癌症进行多模式诊断，也能实现基因、药物和热疗的协同治疗。