具有荧光和胞内控制释放性能的非病毒基因载体

高分子非病毒基因载体不存在病毒类载体的安全隐患，在基因治疗领域获得了高度重视。但是高分子基因载体的综合性能离体内应用要求还有很大差距，其功能需要进一步提高。本项目开发一种具有荧光和胞内控制释放性能的基因载体。小分子量超支化聚乙烯亚胺通过硫金键与金纳米颗粒键合形成键合物Au-PEI。Au-PEI与DNA复合成纳米级复合物颗粒，复合物颗粒被细胞内吞实现基因的传递和转染。该基因载体具有以下特点：（1）小分子量PEI通过金纳米颗粒交联在一起，增大了键合物的"相对分子量"和电荷密度，有利于提高基因转染效率。（2）PEI键合到金纳米颗粒表面，得到具有荧光性能的基因载体。（3）在细胞内谷胱甘肽作用下，金纳米颗粒表面的PEI被替换掉，有利于被复合DNA的释放和降低细胞毒性。本项目开发的基因载体综合上述优点，将成为一类细胞毒性小、转染效率高、具有细胞和体内示踪性能的适合体内应用的多功能非病毒基因载体。

通过一步法制备了金纳米簇-聚乙烯亚胺键合物（Au-PEI）。Au-PEI可以有效介导基因实现高效的基因转染。与常用的转染试剂PEI25k相比，Au-PEI无论介导荧光素酶质粒或者绿色荧光蛋白质粒，在细胞中转染效率均有2~3倍的提高，同时Au-PEI的细胞毒性也低于PEI25k。进一步研究发现，由于在Au-PEI体系中形成了很小的纳米金颗粒，Au-PEI也表现出很好的荧光性能。在波长为370nm的紫外光激发下，可产生波长为近700nm的荧光，量子产率超过3%。Au-PEI可作为示踪材料用于生物成像，在细胞水平和动物实验中，都显示出较强的荧光信号。为了进一步提高Au-PEI的荧光性能，我们通过一步法将小分子量的PEI键合到金-银合金上，得到Ag-Au-PEI键合物。Ag-Au-PEI在波长570nm的激发光下测得量子产率为14.56%。此外，Ag-Au-PEI与PEI25k相比也表现出较好的转染效率和低的细胞毒性。而且Ag-Au-PEI载体材料作为荧光探针可以应用于生物成像。包含纳米金银和阳离子聚合物的材料巧妙地实现了高效转染和发光性能的统一，在生物领域有着良好的应用前景。.多肽改性的阳离子聚合物具有低细胞毒性和高转染效率，尤其是在体内具有更可控的生物安全性和体内转染效率，我们着重进行了多肽改性的阳离子聚合物介导的体内抗肿瘤基因治疗研究。将聚赖氨酸（PLL）通过开环聚合的方式接枝于PEI25k之上，得到了可降解、低毒、高转染效率的阳离子聚合物PEI-PLL，并对其进行了细胞及动物水平的生物学评价。研究结果表明，PEI-PLL系列载体不仅具有较低的细胞毒性，而且其体外最佳基因转染效率为PEI25k的7倍。不仅在细胞水平上能够携带Recaspase3基因，通过切割PARP1的途径诱导细胞凋亡；在动物水平上，通过实体瘤注射的方式将PEI-PLL与Recaspase3的复合物注射到鼠的移植瘤组织内，发现Recaspase3能在实体瘤内表达，导致肿瘤细胞凋亡，最终PEI-PLL可以介导功能基因实现良好的肿瘤抑制效果。.本项目在Small、J Controlled Release和Adv Healthcare Mater等杂志发表SCI检索论文18篇，其中7篇论文SCI影响因子大于7。申请中国发明专利7项，其中1项已获权。获得吉林省科技进步一等奖1项，培养博士毕业生2名。