东华大学史向阳教授课题组在两性离子修饰的纳米颗粒用于基因治疗领域获新进展

来源：高分子科学前沿

基因治疗是指通过一定的方式把外源治疗基因导入到靶细胞，以纠正或者补偿因基因缺陷与异常所引起的疾病，进而达到治疗疾病的目的，现已成为生命科学和临床科学中最热门的研究领域之一。基因治疗的关键在于寻找安全高效的基因载体，其中病毒载体的研究虽然开始早，但是其高免疫源性和高的毒性，限制了病毒载体在基因转染领域的深入应用。近几年来，科学研究者开始探索非病毒载体在基因转染中的应用，如聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子。报道显示，在树状大分子表面接枝一些功能基团，如聚乙二醇（PEG）可有效降低树状大分子毒性，增加树状大分子的基因转染效率。但是这类基因传递体系由于抗非特异性蛋白吸附能力较弱，均要求在基因转染过程中使用不含血清的培养基，这势必会影响细胞的生长状态进而影响转染效率。

图1. {(Au0)25-G5-CBAA-PEG-Mor}纳米基因载体的合成以及基因传递示意图。 

针对上述技术难点，在本项研究工作中，研究团队构建了具有良好抗污性能的血清增强型基因传递体系。主要设计思路如下：首先通过麦克加成将两性离子基团羧酸甜菜碱丙烯酰胺（CBAA）修饰至第五代PAMAM树状大分子表面（G5.NH2-CBAA），继而在G5.NH2表面修饰吗啡啉-聚乙二醇（HOOC-Mor-PEG），最后通过NaBH4将HAuCl4快速还原包裹至树状大分子内部形成金纳米颗粒，最终得到{(Au0)25 -G5.NH2-CBAA-PEG-Mor}（Mor+）基因纳米载体，并以未有溶酶体靶向试剂（吗啡啉Mor）修饰的{(Au0)25-G5.NH2-CBAA-mPEG}（Mor-）为对照材料，展开了一系列基因转染实验。研究结果表明，两种材料均表现出良好的胶体稳定性、基因装载压缩能力以及细胞生物相容性。另外基因载体还表现出优越的抗蛋白吸附性能，从而在含血清培养基中仍然具有良好的基因转染效率，并且所转染基因能在细胞中稳定表达，与肿瘤高甲基化基因1（HIC1）结合转染细胞后可有效表达相应蛋白并抑制肿瘤细胞的迁移。 

图2. Mor+和Mor-在不同N/P以及是否含血清（FBS+和FBS-）培养基中对HeLa细胞的增强型绿色荧光蛋白基因转染的荧光显微镜图。

在绿色荧光蛋白（EGFP）基因转染实验中，当转染环境中不含血清（FBS-）时，纳米载体在宫颈癌细胞（HeLa）的基因转染效率明显不如转染时含有血清的组（FBS+），而且Mor-组高于Mor+组。当N/P为4时，所有组转染效率达到最高。材料修饰了吗啡啉后，细胞对基因/载体复合物吞噬量增多，并且更快进入溶酶体，但相应的溶酶体逃逸速度减慢。用装载了HIC1的基因/载体复合物转染HeLa细胞，在含血清培养基中转染也能更加高效表达HIC1蛋白并抑制癌细胞的转移。

图3.Mor+和Mor-在N/P=4下，与含HIC1基因的pDNA所形成的复合物用于HeLa细胞的刮伤愈合实验图（a）、对应的迁移区域柱状图（b）以及蛋白印迹分析图（c）。

以上相关成果以《两性离子功能化的树状大分子包裹的金纳米颗粒用于血清增强型基因传递用以抑制癌细胞转移》（Zwitterion-Functionalized Dendrimer-Entrapped Gold Nanoparticles for Serum-Enhanced Gene Delivery to Inhibit Cancer Cell Metastasis, DOI: 10.1016/j.actbio.2019.09.0050）为题的研究论文发表在国际著名期刊《Acta Biomaterialia》上。第一作者为东华大学化学化工与生物工程学院博士研究生熊智娟，通讯作者为东华大学史向阳教授。

该工作得到了国家重点研发计划国际合作专项、国家自然科学基金、上海市科委优秀学术带头人计划项目等项目的资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.09.005