[发明专利]一种核酸自组装复合纳米花颗粒材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于生物技术领域，涉及一种核酸自组装复合纳米花颗粒材料及其制备方法和应用，所述自组装复合材料为收缩后的核酸与Mg₂P₂O₇共结晶形成的纳米花颗粒，所述颗粒的粒径小于500nm。本发明的自组装复合材料为具有高比表面积的纳米花结构，该DNA纳米花自组装复合材料的产率接近100％，颗粒在500nm以下，利于后期的利用；不仅如此，本发明的自组装复合材料中的DNA或RNA是动植物细胞的内源性大分子具有低的毒性和良好的生物相容性，DNA除了作为遗传信息的携带者之外，还可以起到靶向识别、酶催化等作用，引入功能核酸可实现DNA纳米花复合材料的多功能一体化，其全部采用天然的生物分子，生物相容性好，细胞毒性小，且生产成本低，利于大规模生产开发。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种自组装复合材料及其制备方法和应用，具体涉及一种核酸自组装复合纳米花颗粒材料及其制备方法和应用。

背景技术

癌症是目前威胁人类生命健康的头号疾病。从根本上讲，癌症是一种复杂的基因疾病，DNA是最重要的生物大分子，是自然选择的存储生物基因信息的大分子。由于特异性极高的Watson-Crick碱基相互作用，上个世纪90年代，纽约大学的Seeman教授发现可利用DNA可控自组装构筑二维及三维纳米结构，从而开启了DNA纳米技术的发展。

DNA大分子作为纳米药物载体具有其它技术所无法比拟的优势：(1)完全地生物可降解性，生物相容性好。(2)纳米尺寸可调。(3)DNA是最为智能的材料：能够响应外界刺激发生二级结构的变化；能够实现程序化设计；一些特殊的单链DNA具有类似于抗体(antibody)和酶(enzyme)的功能性，例如对细胞表面癌症标记物有特异性识别的适体序列(aptamer)。(4)对DNA进行化学修饰的方法比较成熟。(5)DNA大分子的可操控性能比较强，可以通过特异识别序列的引入，利用酶活性实现对DNA大分子的复制(polymerase)、剪切(restrictionendonuclease)和粘结(ligase)。

在一定条件下，恒温滚环扩增反应(rolling circle amplification,RCA)进行足够长的时间，生成的高分子量的DNA/RNA产物会自组装成纳米结构。RCA反应以环状DNA/RNA为模板，在聚合酶的作用下通过链置换反复、持续地复制模板序列，是制备具有特定序列的高分子量DNA/RNA简单有效、成本低廉的方法。表征分析显示这种纳米粒子的最重要成分是产物DNA/RNA，而脱氧核糖核苷三磷酸(dNTPs)在聚合过程中产生的焦磷酸镁(Mg₂PPi)是DNA/RNA的主要缩合剂(condensation agents)，通过静电相互作用使DNA/RNA紧密聚集成纳米颗粒。通常电荷数≥3的多价阳离子(polycation)，例如Co(NH₃)₆³⁺、聚胺、聚电解质、多肽等，是常用的缩合剂。

然而，以恒温滚环扩增反应制备DNA大分子为载体是制备纳米药物很好的思路，关于这方面的研究才刚刚起步，还有多问题需要解决和改进；例如：(1)人们得到的DNA纳米粒子是恒温滚环扩增反应的直接产物，虽然对其生成的机理已经有一定的讨论，但是如何可控地制备这种纳米粒子，对其尺寸和形貌进行有效调控仍然是攻关的难点；(2)这类DNA纳米粒子仍然不能直接穿越细胞膜，需要在其表面修饰一层正电性高分子，这样的设计大大降低了用DNA大分子作为药物载体的意义；(3)选用和DNA类似的生物材料修饰并稳定DNA纳米粒子是目前需要解决的另一问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种核酸自组装复合纳米花颗粒材料及其制备方法和应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：