智能响应性多功能超分子阳离子基因传递系统的研究

The key to the success of gene therapy is designing of safe and efficient gene delivery systems. Cationic polymeric gene vectors should be nontoxic or hypotoxic, non-immunogenic and can compact therapy gene into nano-sized polyplexes to overcome the extracellular and intracellular barriers of gene transfer. Biodegradable linkages are introduced into cationic polymers to decrease the toxicity and promote the cytosolic release of nuclei acids. Then, neutral hydrophilic polymers are shielding the polyplexes to increase the stability, various targeting ligands are employed to promote receptor-mediated uptake, TAT peptide and fluorescence imaging agents are using for membrane penetration and monitoring. However, the designs of multifunctional gene vectors by covalent bond are significantly complicated and hardly repeating. Thus, this work is to develop a supramolecular multifunctional gene delivery platform by host-guest interactions. The system is composed of three kinds of components with different functions, including poly(β-cyclodextrin), adamantyl polycations and functional groups. Via host-guest interactions, the multifunctional gene delivery system can be easily prepared by self-assembly with DNA (or RNA). In the previous work, the multifunctional gene delivery system was stable in physiological environment and can improve the uptake and transfection by target groups. In the future, we will employ disulfide bond, pH sensitive linkage and fluorescent dyes to improve this system and evaluate it in vitro and in vivo.

设计安全有效的基因传递系统是基因治疗的关键。阳离子聚合物用作基因载体必须无毒或低毒、无免疫原性，能携带治疗基因克服多重生理屏障，实现表达或沉默。为达到上述要求，需在聚合物中引入可降解、靶向、透膜肽等多种功能基团及中性亲水聚合物。然而，依靠共价键引入功能基步骤繁复困难，重复性差。本项目拟利用超分子技术，构建多功能基因传递系统平台。将系统按功能差异拆分为不同组分，分别合成。再按需选择合适组分，进行简单的物理混合，各组分“自动”组装成所需载体。前期研究中，我们利用环糊精和金刚烷的相互作用，选择性组合了阳离子聚合物、聚乙二醇和靶向基团，绑定DNA（或RNA），制备了多功能纳米基因传递系统，并进行了初步评价。结果显示该系统具有良好的稳定性、靶向性、生物相容性和转染效率。后期，我们将合成更多“组件”，利用超分子技术，引入更多功能基团，进一步完善该基因传递平台，并通过体外和体内实验评估该平台的应用前景。

在阳离子聚合物中引入可降解基团、聚乙二醇和靶向等多种功能基团，是克服阳离子基因载体体内传递过程中多重屏障的有效策略。然而依靠化学键引入官能团步骤繁复困难，且重复性差。本项目开发了一种超分子模块化组装技术，将基因载体系统按功能差异拆分为不同的“积木”，按需选择合适的“积木”，进行简单的物理混合，自组装得到多功能的基因载体。我们利用环糊精和金刚烷的主客体相互作用作为模块化技术的基础，分别合成了金刚烷修饰的聚乙烯亚胺（PEI-Ad）和功能分子（Ad-PEG，FA-PEG-Ad和LA-PEG-Ad）作为客体，以及聚环糊精（PCD）作为主体。PEI-Ad与PCD能够有效绑定负电荷的DNA/RNA，而后通过与客体功能分子自组装进行多功能化，获得了一种多功能纳米基因传递系统。该系统具有较好的稳定性、靶向性和生物相容性，能够运输DNA或RNA，并有效地介导其转染。之后，我们通过还原敏感性的双硫键，在主体分子PCD上修饰了PDMAEMA得到了梳形的高分子量阳离子聚合物（PCD-SS-PDMAEMA, 简称PSD），然后通过主客体相互作用组装上客体功能分子（Ad-PEG-FA），得到多功能的基因载体（PSD/PEG-FA）。Ad-PEG-FA功能化减少载体的非特异性蛋白吸附，提高其生物相容性。PSD/PEG-FA可以稳定有效绑定DNA/RNA，并特异性靶向叶酸受体阳性的细胞，高效介导DNA/siRNA的转染。进一步，我们拓展了这种模块化的超分子技术，以介孔硅作为基础药物载体，构建了多功能的基因-药物共传递系统。该系统能够同时搭载抗肿瘤药物和基因药物，并利用主客体相互作用多功能化。本项目按照计划取得了较好的成果，已经发表SCI论文5篇。