多色荧光共轭聚合物纳米颗粒的制备、功能化及在基因转染和定位成像方面的研究

Taking the interdisciplinary advantage of chemical, biological and material science studies, this project will focus on the preparation, functionalization, gene transfection and location imaging applications of multicolor fluorescence conjugated polymer nanoparticles (CPNs). The main research work includes: 1) preparing multicolor block fluorescent conjugated polymers with covering visible light bands; 2) preparing CPNs with carboxyl groups by nano-precipitation method and modifying the CPNs with targeted location and infiltration functions of biological molecules, and then realizing biological functionalization of the CPNs; 3) Studying the location efficiency, light stability and cell compatibility of the functionalized CPNs as cell location dyes, and achieving the desired dye reagents with multicolor regulation, accurate positioning, high dyeing efficiency, low toxicity, good biocompatibility; 4) assembling quaternary ammonium salt modified magnetic Fe3O4 with CPNs of carboxyl and biological elements functionalization by electrostatic interaction, and studying the interaction of magnetic CPNs with DNA and siRNA, and investigating the regulation drug resistance of siRNA against multiple drug-resistant cells, in order to obtaining high efficiency, safety, low cytotoxicity, magnetic controlled, fluorescent tracer function gene transfection reagents. These works will further expand the application of CPNs in the biomedical field.

本项目充分发挥化学、材料和生物交叉研究的优势，围绕多色荧光共轭聚合物纳米颗粒CPNs的制备、功能化及在基因转染和定位成像方面开展工作。主要的研究工作包括：1) 制备可见光全波段可调控的多色嵌段荧光共轭聚合物; 2) 利用再沉淀的方法得到羧基修饰的CPNs，并通过共价键将具有定位及渗透功能的生物分子连接到CPNs上，实现荧光CPNs的功能化；3) 将功能化的CPNs作为细胞定位染料，研究CPNs的定位效率、光照稳定性及细胞相容性，得到多色、定位准确、染色效率高、细胞毒性小、生物相容性好、能够在细胞不同部位定位的染色试剂；4) 将羧基和生物分子功能的CPNs与季铵盐修饰的磁性Fe3O4通过自组装的方式得到磁性荧光CPNs，开展在基因转染和siRNA对多重抗药性细胞的药物阻抗性的调节研究，以期获得高效、安全、低细胞毒性、磁可控、荧光示踪功能的实用型基因转染试剂，拓展CPNs在生物医药领域的应用。

项目研究工作紧紧围绕如何实现靶向定位、杀伤肿瘤细胞和抗细菌耐药性的科学问题来开展。利用共轭聚合物纳米颗粒优良光热性能和易修饰纯化的特点，通过对聚合物主、侧链的修饰以及与生物特异性活性分子连接，得到能靶向定位肿瘤细胞不同部位、光动力抗肿瘤、抗菌以及光热抗肿瘤的多功能材料并开展活体内应用研究。取得研究结果包括从发光、光热转化多功能共轭聚合物的合成、生物特异性分子修饰纳米材料的制备、结构调控分子策略的应用，开展了靶向肿瘤细胞定位，抗菌抗肿瘤光动力和光热治疗的生物的应用研究。研究结果以项目负责人为第一作者或通讯作者发表SCI科技论文23篇，授权3项国家发明专利，指导研究生10名，引进培养2名青年教师，参加国内外学术会议5次，做学术报告4次，举办1次国内学术研讨会。研究结果的科学意义和贡献在于1）提供了一种基于生物分子复合的共轭聚合物纳米颗粒高效定位肿瘤细胞不同部位的新方法；2）揭示了共轭聚合物主链结构和侧链结构与细菌作用的规律和抗菌能力；3）发展了光热和光动力协同抗肿瘤治疗新模式；4）提出了潜在的应对抗菌耐药性的新策略；5）探索了多学科交叉研究的新思路和新方法，为共轭分子在生物医学领域的应用提供了理论指导和应用依据。项目的应用前景为提供和开发潜在的生物染色试剂、抗菌抗肿瘤前期药物以及新型抑制和杀伤肿瘤的模式。