[发明专利]一种蛋白-聚合物复合纳米材料基因载体的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种蛋白‑聚合物复合纳米材料基因载体、其制备方法和应用。所述载体是通过在蛋白表面原位聚合高分子外壳，合成一种核‑壳结构的纳米材料而获得。所述载体可以有效地复合并压缩核酸，在保护核酸免受核酸酶降解的同时，能够通过高分子壳层中阳离子基团的降解将核酸高效释放至胞质中，达到极高的基因转染效率，且具有高生物相容性、低细胞毒性、及可设计的功能性，其制备过程和纯化程序简单，在基因治疗相关领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种蛋白与聚合物相结合的基因递呈载体的构建和应用。

背景技术

核酸被认为是一种优越的基因治疗制剂，但其自身无法直接进入细胞且容易受到核酸酶降解。常用于核酸递呈的载体分为两类，病毒性载体和非病毒性载体。非病毒性基因载体由于其良好的安全性、低免疫原性和高基因负载力等特性而受到广泛的研究，如阳离子脂质体和高分子。尽管在设计高分子载体方面取得了显著的进展，但这一领域的研究一直受到合成工艺复杂、转染效率低、生物相容性和生物降解性差等困扰。

基于现有载体存在的技术问题，本发明的目的是将可聚合的单体和交联剂分子体系“嫁接”到蛋白表面并引发聚合反应获得一种蛋白-聚合物复合纳米材料，进而提供一种以所述蛋白-聚合物复合纳米材料为工具的基因递呈载体，通过极强的吸附核酸能力和基因包封效果，将目的核酸高效地递送至胞内，并通过复合纳米材料表面阳离子基团的降解来实现核酸在胞内的释放和表达，从而增强基因转染效率。

发明内容

基于上述目的，本发明首先提供了一种蛋白-聚合物复合纳米材料基因载体，所述载体由作为内核的蛋白质和作为外壳层的高分子聚合物形成，所述高分子聚合物是在所述蛋白质中赖氨酸的伯胺基被修饰引入双键后，由电中性单体、阳离子单体和交联剂在自由基引发剂存在下和蛋白质表面双键发生交联聚合而成。

在一个优选的技术方案中，所述阳离子单体为2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述电中性单体为丙烯酰胺，所述自由基引发剂为过硫酸铵和四甲基乙二胺，所述蛋白质中赖氨酸的伯胺基的修饰为丙烯酰化修饰。

更为优选地，使用N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯进行所述的蛋白质中赖氨酸的伯胺基的修饰。

在一个优选的实施方案中，所述蛋白质为具有两个以上赖氨酸残基的任意多肽。

在本发明一个具体的实施方案中，所述蛋白质为牛血清白蛋白。如本领域技术人员所周知的，只要修饰不干扰纳米复合材料的合成，化学修饰(如荧光分子标记)的多肽也被包括在本发明的实施方案之中。

更为优选地，所述牛血清白蛋白：丙烯酰胺：2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯：N,N’-亚甲基双丙烯酰胺：过硫酸铵：四甲基乙二胺的摩尔比为1：3000：3000：400：250：1000。

其次，本发明还提供了上述蛋白-聚合物复合纳米材料基因载体的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)对作为载体内核的蛋白质进行修饰，使所述蛋白质中赖氨酸的伯胺基被修饰引入双键；

(2)由电中性单体、阳离子单体和交联剂在自由基引发剂存在下和蛋白质表面双键发生交联聚合，原位生长出包裹着蛋白质内核的高分子聚合物外壳。

在一个优选的实施方案中，步骤(1)所述蛋白质为具有两个以上赖氨酸残基的任意多肽，所述修饰为使用N-羟基琥珀酰亚胺丙烯酸酯进行的丙烯酰化修饰。

在另一个优选的实施方案中，步骤(2)所述电中性单体为丙烯酰胺，所述阳离子单体为2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺，所述自由基引发剂为过硫酸铵和四甲基乙二胺。

第三，本发明还提供了一种装载有药物分子的上述蛋白-聚合物复合纳米材料递呈载体。

在一个优选的实施方案中，药物分子为核酸分子。