阴离子脂质和pH敏感的纳米基因载体的合成以及转染效率提高机制的研究

基因治疗是解决基因缺陷症以及癌症等疾病的重要临床治疗手段,其关键的一步在于外源基因能够顺利进入细胞并从溶酶体中逃脱,进而实现其生物学功能。生理环境下,负电性细胞膜阻碍同样荷负电的外源基因进入细胞,因而,作为传输媒介的基因载体的作用变得十分重要。良好的基因载体通常具有转染效率高、毒性小、成本低廉以及稳定性高等优点。具有正电荷的磷脂是一种有潜力的基因载体,但是单纯的磷脂的转染效率十分有限。之前的研究表明,阳离子磷脂保护的金纳米粒子通常比单纯的磷脂有更为优异的性能:如转染效率高,毒性低,稳定性好等。

中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室汪尔康院士课题组致力于纳米基因载体的研究,最近他们设计合成一种由阳离子磷脂与不饱和中性磷脂协同保护的金纳米粒子,得到了阴离子脂质和pH敏感型的高效纳米基因载体,并详细研究了其转染效率提高的机理。相关工作在线发表在small上。

该团队首先采用一步法合成了不同配比的阳离子磷脂(双十八烷基二甲基溴化铵, DODAB)与不饱和中性磷脂(二油酰基磷脂酰乙醇胺,DOPE)保护的金纳米粒子,通过基因转染效率的筛选,得出二者比例为1:1时转染效率最佳,甚至高于商业化转染试剂。动物实验结果也证实了其优良基因递送性能。进一步研究表明,此纳米基因载体本身和其与基因作用后所形成的复合物都具有较高的正电势和稳定性以及较小的粒子尺寸,这样的特性可以促进小窝蛋白介导的胞吞效率。另一方面,基因载体与基因复合物在细胞内转运程中通常会与内涵体膜上的负电性磷脂膜相互作用;同时转运过程内涵体内的pH由中性逐渐降低为4.5左右,而不饱和中性磷脂的引入使得该基因载体具有对负电性磷脂(内涵体膜)及酸性pH值(4.5-6.5)敏感的特性,因而增加了基因从内涵体释放的机率与数量。综合上述两方面因素,细胞对转染复合物胞吞数量的增加和转运过程中所释放基因数量的增多,使得该纳米基因载体的转染效率有了很大提高。不仅如此,靶细胞内外源蛋白达到最高表达水平时间也由原来的48小时缩短为24小时。

该研究中所制备的纳米基因载体因具有负电性磷脂敏感及pH响应的特性,巧妙地利用了细胞内环境的变化作为可控触发机制来促进外源基因在靶细胞内表达。文章中所采用的定量探索的方法提高了转染机理研究的可靠性。

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