[发明专利]基于DNA与氨基糖苷类分子复合物的生物材料

说明书

技术领域

本发明涉及复合生物材料，特别涉及基于聚电解质复合原理，利用生物可降解的DNA和氨基糖苷类分子(抗生素)之间的相互作用形成的复合物材料，属于生物材料领域。

背景技术

聚电解质复合物在生命和材料科学中起着巨大的作用，诸如絮凝剂、润滑剂、涂层材料以及基于阴阳离子静电沉积技术的表面修饰等等领域。最近二十年来，聚电解质复合物更被视为潜在的有效药物和基因传载体系而受到广泛关注，因为带电的DNA、药物或者蛋白可以很容易被整合到复合物的颗粒之中(A.F.Thunemann，M.Muller，H.Dautzenberg，J.F.O.Joanny and H.Lowen，in Polyelectrolytes with Defined Molecular Architecture +i，ed.M.Schmidt，Springer-Verlag Berlin，Berlin，Editon edn.，2004，vol.166，pp.113-171.)。大量的带正电阳离子化合物，包括聚阳离子、正电磷脂、壳聚糖、白蛋白、树枝状大分子以及多肽等，被利用成为基因和药物的传递载体。但是由于聚电解质复合物的载体体系存在稳定性的问题(JihanZhou，Jie Liu，Tao Shi，Yuqiong Xia，Ying Luo，and Dehai Liang，Phase Separation of siRNA/polycation Complex and Its Effect on Transfection Efficiency，soft matter，2013，9，2262-2268)，还有不少的阳离子型载体具有较强的毒性，这都限制了聚电解质复合物载体的临床使用。

DNA是一种带电密度很高的刚性强聚电解质，作为生命的遗传物质，它不仅在许多生命过程(DNA的转录与翻译)和生物传承(基因的半保留复制)中起着重大功能，而且还越来越多被用作纳米材料在纳米工程中得到使用。例如利用DNA折纸术进行组装，形成各种各样的纳米结构(Chenxiang Lin，Yan Liu，and Hao Yan，Designer DNA Nanoarchitectures Biochemistry，2009，48，1663-1674)。氨基糖苷类分子(Aminoglycosides)，是由氨基糖与氨基环醇通过氧桥连接而成的糖苷，是一种带氨基的糖分子，可以抑制细菌蛋白的合成，主要可以用作有氧类细菌的抗生素，在医药方面得到了广泛的应用。带负电的DNA和带正电的氨基糖苷类分子的复合物材料还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于利用带负电的DNA和带正电的氨基糖苷类分子之间的静电相互作用，以及糖苷分子上的羟基与DNA之间的羟基作用，通过一定的方法，由比例、浓度等条件的调控，形成尺寸、形貌各不相同的复合物材料，可以用来包载药物分子、脂质体以及细胞，还可以用作组织修复以及细胞工程的支架材料。本发明的技术方案如下：

一种DNA与氨基糖苷类分子复合的生物材料，具有DNA和氨基糖苷类分子形成的复合物外壳，通过如下方法制备得到：将DNA溶液以液滴或液柱的形式加入到氨基糖苷类分子溶液中，液滴或液柱表层的DNA与氨基糖苷类分子相互作用，形成聚电解质复合物，得到胶囊状或管状包覆的生物材料。

本发明所采用的DNA是碱基对长过一定数目的双链DNA，优选大于800bp，但DNA的长度不对整个材料功能产生决定性影响。DNA带有足够的负电荷，可以和带正电的氨基糖苷类分子形成复合物作为生物材料的柔性外壳；而DNA液滴或液柱内部提供大量的水环境，可以容纳足够的包覆物。

本发明所采用的氨基糖苷类分子带有大量羟基和氨基，主要是指氨基糖苷类抗生素，例如卡那霉素、卡内多霉素(Kanamycin B)、链霉素、庆大霉素、阿米卡星等，它们可以快速与DNA形成聚电解质复合物，其羟基与DNA之间强相互作用使得复合物壳层高度疏水，从而保证形成的胶囊或管状包覆物的稳定性。

将DNA溶液以液滴形式滴入氨基糖苷类分子溶液中，即可形成大小与液滴相近的复合物胶囊；将DNA溶液拉成液柱加入氨基糖苷类分子溶液，可形成管状包覆物；采用微流控的方法将DNA溶液和氨基糖苷类分子溶液两种溶液混合，通过设计管路，则可以获得微米级别的胶囊和管状包覆物。