一种新型的多功能超分子自组装纳米结构作为非病毒类基因载体

基因治疗是当前疾病治疗的研究热点,而如何将外源基因安全、稳定、高效地导入人体细胞是基因治疗的一大难点。非病毒类基因载体生物安全性高,免疫原性和致癌能力低,但其转染过程涉及多重细胞屏障,因此转染效率相对较低。为解决该问题,可对载体进行多功能修饰。目前多功能载体的制备大多涉及复杂的化学合成,工艺较难控制,且不易调控各功能基团的比例以期获得最佳的协同作用。

伊利诺伊大学香槟分校的程建军教授及其同事通过超分子自组装的方法开发了一种新型多功能纳米载体(SSANs),它可以克服多重转染屏障并高效地将基因运送至细胞内,体内外转染效率相比商业化试剂可提高1-2个数量级。该纳米载体是由不同结构单元通过电荷与疏水作用自组装形成,其中每个组分可有效地克服不同的细胞屏障,按照一定比例组装后可发挥协同效应,从而实现DNA的高效转染。与传统多功能材料的制备方法不同,超分子自组装简便可控,无需繁琐的多步合成,并可通过对各结构单元的组合筛选以获得最高效的基因递释。

组成该超分子自组装纳米载体的机构单元包括:油酰三甲基壳聚糖(OTMC),α-油酰-ω-甘露糖-聚乙二醇(OPM),PVBLG-8(一种合成多肽)和DNA。带正电荷的OTMC和PVBLG-8可以缩合带负电的DNA并形成100 nm的纳米复合物。OTMC具有良好的生物黏附性,可促进复合物黏附至细胞表面,而油酸链可通过与磷脂双分子层的疏水作用进一步提高与细胞膜的作用,促进细胞摄取。PVBLG-8是该研究小组近年开发的一种具有稳定α螺旋的穿膜肽,它可以在细胞膜和内含体膜上“打孔”,从而促进DNA分子进胞并逃避内含体、溶酶体。OPM通过与OTMC分子中油酸链间的疏水作用分布于纳米复合物表面,甘露糖端基可识别特异细胞(如巨噬细胞、肝细胞)膜上的甘露糖受体,进一步提高复合物与细胞膜的作用,促进细胞摄取。通过以上载体设计和递送策略可调控SSANs的进胞机制和胞内转运途径,促进DNA以被动扩散的方式进胞并逃避内含体吞噬,从而显著提高基因转染效率。上述多功能超分子自组装载体在基因治疗领域具有良好的应用前景。这一研究工作发表在近期的Advanced Materials 上。