[发明专利]含氟芳香环化合物修饰的树形高分子基因载体及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及高分子化学以及生物材料技术领域，具体涉及一种基于含氟芳香环化合物修饰改性的树形高分子的基因转染载体及其制备方法和应用。

背景技术

基因治疗对于治疗遗传疾病、癌症、病毒感染等疾病有良好的前景。当前临床基因治疗的主要挑战在于缺乏高效、安全的基因载体。成功的基因治疗方法需要合适的基因转染载体将外援基因导入细胞或组织并得到长期稳定的表达。一般来说，基因转染载体主要可以分为两类，病毒类载体和非病毒类载体。病毒类载体可以有效地将外援DNA或RNA转运至细胞，但是免疫原性、毒性、细胞株适用性、装载基因片段限制性、不能大量工业生产、缺少安全性。因此病毒基因在的应用具有很多限制性。由此，很多非病毒基因载体应运而生，包括阳离子蛋白质、多肽、脂质体、聚合物、纳米金属颗粒等。其中，高分子聚合物具有较好的安全性，低免疫活性，较高的灵活性以及可降解的特征，能够有效结合和运送较大的基因片段至细胞内，并且有利于多功能化的修饰。基于这些特点，高分子聚合物近年来成为一种具有良好前景的基因转染载体。包括聚丙烯亚胺(PEI)，聚精氨酸(PArg)，L-聚赖氨酸(PLL)，脂质体包装等非病毒转染载体以及其经过修饰所得到的载体已经得到了广泛的研究。虽然这类方法提供了相对安全和较强可用性的基因转染方式，但是相对较低的转染效率和较高的细胞毒性限制了其在医学临床上的广泛应用。

树形高分子是一种人工合成的具有树形拓扑结构的大分子。树枝形分子作为新型高分子聚合物，具有规则的球形外观，可控的分子量和分子尺寸，拥有大量的表面官能团、丰富的内部空腔和良好的单分散性。其高效低毒安全的特点已经在基因转染中被广泛研究和应用，得到了人们的广泛关注。聚阳离子树形高分子(如PAMAM)可以结合并且与DNA形成纳米复合物，从而不仅有利于将DNA导入细胞，而且能够保护DNA不被外部的核酸酶降解。树形高分子内部的三级胺结构可以起到“质子海绵”的作用，促进DNA复合物在细胞内涵体的逃逸，使DNA可以进入细胞质进一步进入进入细胞核转录、翻译、表达。但是，树形高分子在基因转染过程中表现出的对常见常用细胞系(如HEK293、HeLa、COS-7细胞等)的低基因转染效率，转染过程中的高细胞毒性限制了树形高分子的临床应用。因此近年来，许多研究工作者在树形高分子表面连接了各种修饰基团，如氨基酸、脂基lipid、多肽、环糊精、寡氨、聚乙二醇(PEG)、糖基等，可以增强树形高分子的生物相容性和转染效果。目前，以树形高分子为基础的基因转染载体如SuperFect、Priofect、PolyFect等已经成功商业化。但是，基于树形高分子的基因转染载体有比较复杂的合成路线、高昂的材料成本以及高的细胞毒性，仍然是制约这些材料在生物医学领域广泛应用的主要因素。因此能够增强基因转染效率和生物相容性的新修饰及改良方法的开发仍然是亟需的。为了解决这些问题，本发明提出了新的基于树形高分子表面化学共价修饰氟化物的基因转染载体及其制备方法。

氟是一个很奇特并且很有价值的元素。其中有很多含氟功能材料并且已经投入到生产和生活中来(如聚四氟乙烯、氟离子膜、含氟聚氨酯等)，而且据统计，20％-25％的药物含有氟元素，氟可以提高药物的治疗效果和药物稳定性。其中，氟苯类化合物是其中一类重要的药物中间体。氟元素修饰的化合物具有疏水疏脂的性质，且具有自聚形成纳米甚至微米级的结构的倾向。因此含氟化合物修饰的树形高分子在结合基因片段后，由于氟元素自身的特性，树形高分子与基因的复合物可以自聚集形成适用于细胞水平基因转染的稳定的基因与载体复合物。氟化物修饰基团可以起到稳定结合的DNA，有效保护DNA并且促进基因复合物的细胞摄入和胞内内涵体逃逸，确保DNA分子高效表达。基于氟以及含氟芳香环修饰的树形高分子的合成工艺十分成熟，并且操作简易，合成速度快，产率高，无需繁琐的纯化步骤即可快速获得高产率的基因转染载体，为新型基因载体的设计提供了一个全新的思路。其简易的合成方法为其提供了商业化的良好基础。因此，这类部分氟化物表面修饰的树形高分子具有高效转染、低细胞毒性、简易的合成方法及高产率等优点，可以开发为一类新的基因转染材料并具有被商业化的潜力。将在分子、细胞水平揭示这类材料的转染机理，初步阐明这类材料结构与功能的关系，构建基于树形高分子的高效、低毒基因转染载体，并致力于将这类材料推向商业化，搭建一个成熟的基因转染平台。

发明内容