含高代数树枝状聚赖氨酸的超分子水凝胶构建及其高效基因转染机制研究

The supramolecular hydrogels formed by the host-guest interactions, of which cyclodextrin as the host molecule, have attracted much attention in biomedical engineering, especially in non-invasive treatment. This kind of hydrogels can be prepared under the mild conditions and their properties can be modulated easily. Moreover, the supramolecular hydrogels are injectable. However, their relative low transfection efficiency limits the applications in gene delivery, which is resulted from that carriers can not escape from the lysosome easily meanwhile the toxicity of the carriers induce cell viability lowered. In our previous work, we have found that the transfection efficiency of hydrogles could be modulated by the chemical structure of the guest molecules. Based on this, we plan to synthesize the guest molecules containing high-generations poly(L-lysine) dendrons through the click reaction, then the supramolecular hydrogels with high transfection efficiency will be obtained by the host-guest interactions. The effects of chemical structures and ending groups of the guest molecules as well as the composition of supramolecular hydrogels on transfection will be studied, and then the methods to modulate the gene transfection of the hydrogels are expected to be known well. On these bases, the supramolecular hydrogels co-loading both gene and stem cells will be applied in tissue repair study, which would be important and valuable in the fields of tissue engineering.

以环糊精为主体、通过主客体分子相互作用形成的超分子水凝胶因制备条件温和、结构可控、可注射，在生物医学工程、特别是微创医疗领域有广阔的应用前景。但该类凝胶材料目前较低的基因转染效率限制了其作为基因载体进行应用，主要原因在于材料在基因转染过程中需克服诸如溶酶体逃逸等细胞屏障以及材料毒性引起的细胞耐受力下降。在前期研究中，申请人发现通过改变超分子水凝胶中客体分子的结构可调控凝胶的基因转染效率。基于此，本项目拟对客体分子进行结构设计，利用点击化学方法构建含高代数树枝状聚赖氨酸的客体分子，然后通过主客体相互作用制备具有高基因转染效率的超分子水凝胶。将系统研究客体分子结构、末端基团、凝胶组成等因素对该凝胶材料理化性能的影响规律；研究超分子水凝胶的结构与基因转染效率及材料毒性之间的关系，掌握其结构与性能的调控方法；在此基础上，将该凝胶材料同时包埋基因和干细胞用于组织修复研究，有重要的研究意义和应用前景。

以环糊精为主体、通过主客体分子相互作用形成的超分子水凝胶因制备条件温和、结构可控、可注射，在生物医学工程领域有广阔的应用前景。但该类凝胶材料目前较低的基因转染效率限制了其作为基因载体进行应用，主要原因在于材料在基因转染过程中需克服诸如溶酶体逃逸等细胞屏障以及材料毒性引起的细胞耐受力下降。在前期研究中，申请人发现通过改变超分子水凝胶中客体分子的结构可调控凝胶的基因转染效率。.基于此，本项目对客体分子进行了结构设计，利用点击化学方法构建了多个含树枝状聚赖氨酸基元的客体分子，然后通过主客体相互作用制得超分子水凝胶。研究了不同代数、末端基团等因素对材料基因转染效率的影响规律，优选出了生物相容性好、转染效率高、可持续实现基因转染的超分子水凝胶材料。所得凝胶可持续释放并实现基因转染7天以上，且其基因转染效率显著高于PEI-25k。将所得超分子水凝胶基因载体负载治疗基因用于肿瘤的基因治疗实验，发现该凝胶材料可持续抑制肿瘤细胞增殖，其抑制效果与每天注射一次PEI-25k/基因的效果相当。在此基础上，主持人继续对客体分子进行修饰，制得可同时负载药物与基因的超分子水凝胶双载体用于肿瘤治疗研究。基于该工作，主持人在Acta Biomaterialia等杂志上发表了多篇论文。.此外，主持人在国家基金的资助下进行了其它药物/基因载体的探索，提出将多个低毒低效的低分子量阳离子通过化学或物理的方法结合到一个多官能团分子上构建大分子阳离子聚合物或聚集体，从而实现材料兼具高分子量阳离子的高基因转染效率和低分子量阳离子的低毒效果。在此基础上，辅以分子靶向、肿瘤微环境响应、诊疗一体化等结构设计，将所得材料用于肿瘤的基因治疗，取得了良好的效果。在一氧化氮（NO）气体递送方面，主持人利用已有的阳离子聚合物负载NO并将其用于抗菌治疗研究，实现了NO的高效负载、可控释放、持续释放等特点，所得材料可有效消散细菌生物膜并体现出良好的杀菌效果。一系列研究工作发表于Advanced Functional Materials等杂志。