基于聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯的两亲性聚合物纳米粒的结构修饰与基因递送功效的研究

发布时间：2018-10-26 11:57

【摘要】：基因治疗作为一种新兴的治疗手段,自上世纪80年代起便成为医学界关注的重点,而由于一些疾病与基因之间的关系并不明确以及缺乏安全的递送系统,基因治疗在临床上并未获得广泛应用。随着2003年人类基因组图谱的完成,越来越多与人类疾病相关的基因及其致病的分子机制被发现,促进了多种基因药物的研发,包括DNA、微小RNA(microRNA)以及小干扰RNA(siRNA)等一系列核酸药物,为当前临床上较难治疗的遗传性恶性肿瘤、心脑血管疾病、神经退行性疾病、病毒性疾病以及一些罕见病的治疗提供了新的途径。尽管基因药物发展迅速,但其临床应用仍存在较多障碍,其中,缺乏高效且安全的递送手段是主要因素之一。由于DNA和siRNA作为核酸类生物活性大分子,体内极易被降解,直接通过口服或静脉注射给药,生物利用度极低,因此需要载体的递送。病毒载体尽管对核酸具有较好的体内递送效果,但复杂的制备工艺及免疫原性带来的高风险限制其临床应用。非病毒载体由于较低的免疫原性和多样性等优点,成为基因递送载体的研究热点。而聚阳离子以其高效的DNA/RNA负载能力和易于制备等优点,成为一种有潜力的非病毒基因载体。但聚阳离子的体内外核酸递送功效尚需提高。本文以聚阳离子核酸载体的构效关系研究为出发点,优化载体结构,以期获得高效、安全的核酸载体。基于聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)和可生物降解的聚酯(聚己内酯(PCL),聚D,L-乳酸(PDLLA))构建了一系列两亲性聚阳离子纳米粒,研究了这些载体对DNA和siRNA的体内外递送能力。本文首先对课题组报道的聚己内酯-接枝-聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PCL-g-PDMAEMA,PCD)进行了表面改性,通过在其阳离子段共聚亲水性不同的单体丙烯酸羟乙酯(HEA)和甲基丙烯酸羟基乙酯(HEMA),得到PCD-HEA和PCD-HEMA两类聚合物。研究表明:两亲性纳米粒表面亲疏水性的变化,能够改变纳米粒与细胞膜及细胞器膜的相互作用,从而对纳米粒从细胞内吞到内涵体逃逸这一递送过程产生重要影响,这为阳离子纳米粒核酸载体的结构改性提供了一种简便的方法。我们进一步对两亲性阳离子纳米粒的疏水内核结构进行改性,研究了纳米粒内核化学组分变化对于siRNA转染效率的影响。基于实验室此前报道将PCL与PDLLA进行无规共聚可以有效调节两亲性纳米粒对于疏水药物的控制释放能力,我们通过在PCL段共聚不同比例的PDLLA对mPEG-b-PCL-g-PDMAEMA(PECD)的聚酯段进行改性,得到一系列疏水段不同的两亲性聚阳离子(PECLD),并将其组装成纳米粒。体外细胞实验研究表明,纳米粒聚酯内核的组分变化会对纳米粒的内吞途径产生影响,当聚酯段中聚乳酸含量达到一定程度时,纳米粒的内吞对于膜窖蛋白依赖度降低,导致纳米粒内吞量大大减少;此外,通过内核组分调控可以提高纳米粒的降解速度,从而改善纳米粒溶酶体逃逸和细胞内siRNA释放行为,使得内吞较少的纳米粒仍然保持相当的siRNA抑制能力。这一结论为siRNA载体的设计提供了新思路,即关注载体细胞内的siRNA快速释放,可有效提高siRNA胞内利用率。为了改善PECD/siRNA复合物在体内的递送效果,我们通过使用聚阴离子聚乙二醇修饰的透明质酸(HA-g-mPEG,HgP)对PECD/siRNA二元复合物进行包覆,形成三元复合物,进行了siRNA体内外递送效果的研究。研究发现经HgP包覆的siRNA复合物,细胞毒性明显下降;同时由于表面HA的作用,尽管复合物电位下降,但并不影响复合物对于CD44过表达的肿瘤细胞的转染效果,这是因为通过HgP进行三元组装后的复合物对CD44过表达的细胞具有靶向作用。体内循环实验发现,相较于二元复合物,三元复合物可以显著提高siRNA在血液中的循环时间,并能降低复合物在肝肾中的富集,因此,通过HgP包覆形成三元复合物,是促进体内siRNA递送效果的可行途径。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R450;O631

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