[发明专利]一种含氟脂肪链修饰的阳离子聚合物及其作为基因载体的用途

说明书

本发明提供含氟脂肪链修饰在提高阳离子聚合物基因转染效率中的应用。本发明提供一种含氟脂肪链修饰的阳离子聚合物及其作为非病毒基因载体的用途。所述含氟脂肪链共价连接在阳离子聚合物表面；所述阳离子聚合物包括线性聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、线性聚赖氨酸、聚赖氨酸树形高分子、聚丙烯亚胺树形高分子、聚酰胺‑胺树形高分子及其衍生物；所述基因包括DNA、siRNA、shRNA、microRNA和修饰的核酸。本发明提供的含氟脂肪链修饰的阳离子聚合物毒性小，可在低核酸剂量及材料用量条件下实现高效基因转染，在多种细胞中的基因转染效率显著优于Lipofectamine2000等商业化转染试剂。

技术领域

本发明涉及高分子化学以及生物材料技术领域，具体涉及基于氟化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

基因转染是指将外源基因导入细胞或组织并表达的过程。这种技术广泛应用于科学研究和疾病治疗。在这个过程中，基因转染载体扮演了很重要的角色。一般来说，基因转染载体主要分为两类：病毒类载体和非病毒类载体。利用病毒转染方法可以获得长期高效表达外源基因的细胞或组织，但病毒类载体存在免疫原性及遗传毒性等安全性隐患。目前高效、低毒、易操作的非病毒基因转染方法受到了人们的广泛关注。阳离子聚合物包括聚乙烯亚胺(PEI)，聚精氨酸，L-聚赖氨酸(PLL)，脂质体等非病毒转染载体以及其衍生物得到了广泛的研究。虽然这类方法提供了相对安全的基因转染方式，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。

聚酰胺-胺树形高分子(polyamidoamine，PAMAM)是Tomalia D.A.于1985年首次报道的具有几何分支的椭球形或球形结构的树形高分子。该阳离子聚合物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。1993年，Meijer等用外向发散法合成出来的聚丙烯亚胺(Polypropyleneimine，PPI)树形高分子。首次实现了大规模合成和商业化，为树形高分子的广泛研究和应用奠定了基础。树形高分子的特殊结构使其易于结合基因质粒片段，其内部三级胺结构可以起到“质子海绵”的作用，促进其在细胞内涵体的逃逸，提高目的基因在细胞内的稳定性。近年来，通过在聚酰胺-胺和聚丙烯亚胺树形高分子表面进行化学修饰获得新的基因转染载体为主要途径之一。例如在表面氨基上共价连接环糊精、氨基酸、PEG等修饰基团，可以获得相对较好的基因转染效果(Il-Doo Kim et al.2010；YuyaHayashi et al.2012；Quan Yuan et al.2010)。另一类修饰方案是在聚酰胺-胺树形高分子表面氨基上修饰生物素、糖基、多肽片段和蛋白质等基团，可以使载体具有靶向转染效果(Zhang Q et al.2010，Yuya Hayashi et al.2012；Shixian Huang et al.2011；ArnaudE.Felber et al.2011)。另外，在树形高分子表面连接疏水分子如月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸、胆固醇等可以一定程度上提高其转染效率(Jose L.Santos et al.2010；JuliaMorales-Sanfrutos et al.2011)。目前，以聚酰胺-胺等树形高分子为基础的基因转染载体已经成功获得了商业化应用。聚赖氨酸树形高分子(poly-_L-lysinedendrimer)同样是一种聚阳离子树形高分子聚合物，近年来成为一种被广泛研究和应用的基因载体。聚赖氨酸树形高分子能够有效结合DNA分子，并且有效保护DNA不被核酸酶降解，实现基因转染。事实上聚赖氨酸是由赖氨酸作为重复单元聚合而成的多肽，并且能够被降解，因此这有利于聚赖氨酸在体内的研究和应用。然而聚赖氨酸携带基因进入细胞并表达的效率并不高效，这可能是由于聚赖氨酸不能诱导或者促进DNA在细胞内涵体中的逃逸释放行为。另外，由于聚赖氨酸为多肽结构，其转染过程往往会收到细胞毒性和免疫原性的影响。基于此，在聚赖氨酸表面修饰功能基团来改善其功能和结构已经得到了广泛的研究和应用。如聚乙二醇，聚己内酯(Polycaprolactone，PCL)等嵌合物，以及在其他支架材料上修饰聚赖氨酸，如在硅纳米颗粒上修饰聚赖氨酸来增强基因转染效果(Xin Zhang etal.2010)。总的说来，基于这些树形高分子的基因转染载体相对较低的转染效率，高细胞毒性以及高昂的材料成本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。