[发明专利]一类侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物、制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及生物功能材料领域。具体涉及到侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物、制备方法及其作为生物功能载体材料的应用。

背景技术

研制高效、低毒的新型阳离子聚合物载体材料已经成为了目前生物功能材料及转染试剂相关领域研究的主要方向之一。近来发现，许多阳离子聚合物作为基因载体的转染效率相对较低是因其在细胞内输送过程中需要跨越一些膜性细胞器(如细胞膜和核膜等)，而跨膜能力较低，因而增强阳离子聚合物基因载体的跨膜能力将是提高其基因转染效率的可能方法之一。目前在天然产物中发现一些富含精氨酸残基的多肽，如Tat肽、核定位(NLS)肽、肽核酸、糖基化多肽，以及合成的寡聚精氨酸多肽等具有较强的跨膜能力，相关研究表明精氨酸残基的存在对其穿膜能力起着至关重要的作用。因此，设计合成将天然精氨酸片段化学偶联至阳离子聚合物基因载体材料中进行改性，将可能提高其与基因的相互作用及载体/基因复合物的细胞内吞能力，进而实现提高基因转染效率的目的。在本发明的前期工作中，已经开发了一系列侧基精氨酸修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物作为基因载体(Biomaterials2013,34,7923；中国专利申请号201310325795.9)，发现天然精氨酸结构的修饰及修饰率对提高载体的转染效率具有重要影响，然而，该体系在细胞毒性和转染效率方面还有待进一步改善。

另一方面，糖类化合物是一类重要的生物活性物质，其具有良好的生物相容性和可降解性，不仅是生物体能量的来源，同时在生物体构建、物质代谢和信号转导等诸多的生理过程中发挥着极其重要的作用。目前，糖类化合物已被广泛应用于生物医药领域，一些自然界中广泛存在的多糖，如几丁质(chitin)、壳聚糖(chitosan)、纤维素(cellulose)、淀粉(starch)、糊精(dextran)等被大量应用于制备生物材料。此外，一些特定结构的小分子糖类化合物具有细胞膜识别、介导细胞黏附以及细胞内信号转导等生物学功能，被作为修饰基团引入生物材料中进行功能化改性，从而达到提高材料的生物相容性及实现特定生物功能的目的。近年来研究发现将一些小分子的糖类物质(如山梨醇、甘露糖、葡萄糖酸、乳糖酸等)作为结构砌块，与线性或枝化结构的PEI分子偶联后作为基因载体输送DNA或siRNA，能够进一步提高载体的生物相容性，其原因可能是由于引入的多羟基糖分子砌块导致载体表面阳离子电荷密度降低，从而降低了对细胞膜的破坏能力所致。而且经上述糖类物质修饰后的载体可获得大大优于未经修饰载体的基因转染效率，这可能与引入的多羟基糖分子砌块具有较高渗透性导致其细胞内吞效率提高相关。因此，合理的设计糖类分子砌块引入到相关的阳离子聚合物基因载体材料中，实现高效基因表达从而提高其转染效率，同时又能降低载体细胞毒性，将是解决转染效率与细胞毒性的有效方法，也是研发高性能基因输送生物材料的可行性方向。

进一步的，通过发展反应条件温和、可控的聚合反应及化学修饰技术得到分子量可控、分子量分布窄、结构明确的糖基修饰聚合物，有利于研究载体结构与其性能之间的关系，也可为进一步从结构上优化载体材料提供参考。因此，在上述的相关基础上，本发明拟设计开发一类具有规整可控分子骨架的阳离子聚合物，其结构中同时包含可提高载体/DNA复合物的非特异性胞吞能力的精氨酸阳离子片段，以及具有良好生物相容性并可提高表面渗透压的乳糖酸片段，进一步将其发展成为一系列新型的高效、低毒的基因载体。在此基础上，发展温和、高效、易操作的化学偶联和修饰方法，为发展安全、高效的基因治疗提供性能优良的新型生物材料。这也是本发明所致力的目标。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一类侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物。

本发明的目的之二在于提供一类侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物的制备方法。

本发明的目的之三是提供一类侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物作为基因载体材料的用途。

本发明所提供的一类侧基天然精氨酸和乳糖酸协同修饰的聚甲基丙烯酰胺阳离子聚合物，可由以下化学结构式(I)表示：