功能化大环多胺有机分子作为非病毒基因载体的设计合成及与性能研究

Develpoing safe and high efficient nonviral gene vectors has been regarded as challenging area of chemical biology in recent years，which will greatly benefit to the human health. In this project, multi-functional macrocyclic polyamine [12]aneN3 compounds will be designed and synthesized by combining water-soluble and easy to be protonated [12]aneN3 unit with functional moieties such as two-photon fluorescent aromatic rings, targetable small bio-moleucles, membrance-permeable peptides. Their ability in condensing plasmid DNA will be investigated by different spectroscopy, gel-electrophorosis, dynamic light scattering, atomic force microscopy etc. techniques. Their gene dielivery performance will be studied through cytoxicity and transfection experiments. It is expected that the multi-functional molecules will effectively condense DNA and realize transfection with the advantages of low cell-toxicity and high transfection efficiency. To analyze the detail mechnism of condensation and transfection process with the help of bio-imaging property of two-photon fluorescent moieties should be the innovation of the project. By sumarizing the relationship between the structure and property of the multi-functional compounds, some safe and high-efficient nonviral gene vectors will be developed and contributed to the development of gene therapy.

非病毒基因载体的研究是化学生物学领域的一个前沿方向，它对于重大疾病的基因治疗和提高人类健康具有重要意义。根据理想非病毒基因载体的结构要求，本项目计划将水溶性好﹑可多位点修饰衍生的大环多胺[12]aneN3单元与具有双光子荧光性能的芳环,靶向性的生物小分子，跨膜肽等功能单元有机结合起来，设计合成一系列新型多功能大环多胺化合物；利用各种波谱，凝胶电泳，动态光散射，原子力显微镜等手段研究它们对DNA的缩合作用；进一步通过细胞毒性和基因转染实验，评估它们作为非病毒基因载体的安全性和高效性。将各种功能单元有机结合并通过结构优化降低载体的细胞毒性，提高转染效率和靶向性是本项目的特色；利用体系的双光子光学显像性能，为DNA缩合和基因转染机理的深入研究提供可视化观察及动力学数据是本项目的创新点。我们将通过结构与性能关系的总结和理论模型的建立，为发展新型安全高效非病毒基因载体做出贡献。

发展安全高效的非病毒基因载体是化学生物学研究的热门方向，它对于重大遗传疾病和后天疾病治疗和提高人类健康具有重要意义。在本项目的支持下，我们将水溶性好﹑易质子化﹑可多位点修饰衍生的大环多胺[12]aneN3单元与具有荧光性能的香豆素、萘酰亚胺、BODIPY、四苯乙烯等芳环单元,具有靶向性的胆酸单元等功能性单元有机连接起来，设计合成了四个系列新型多功能大环多胺化合物；利用各种波谱，凝胶电泳，动态光散射，原子力显微镜等手段研究它们对DNA的缩合作用，得到在微摩尔浓度下有小凝聚DNA的化合物；通过细胞实验发现大多数化合物具有毒性较低，可以有效跨膜进入细胞，具有显像DNA传递过程；基因转染实验表明不同功能单元的组合可以有效实现基因转染，部分化合物的转染效率超过商业化试剂，引入脂肪链和靶向基团进一步提升了转染效率；利用体系的荧光显像性能，为DNA缩合和基因转染机理的深入研究提供可视化观察及动力学数据。结构与性能关系研究为发展新型安全高效非病毒基因载体奠定了坚实基础。