Small:基于吲哚菁绿(ICG)衍生物的近红外荧光载体用于精准成像的基因传递

成功的基因治疗要求通过有效的途径将足够量的核酸大分子运输到细胞中,所以基因载体至关重要,但也常常是限制基因治疗发展的瓶颈。因此,越来越多的具有特定结构的阳离子载体被合成开发用于构效关系研究,同时许多环境响应构造也应用其中,以更好的模拟病毒感染过程和输送过程的优化。四川大学生物材料工程研究中心聂宇教授课题组多年来致力于基因载体设计研究,设计多种程序化级联响应载体(Advanced Functional Materials, 2017, DOI: 10.1002/adfm.201701571, Adv. Mater. 2014, 26, 1534–1540)及系列阳离子脂多肽载体(J. Mater. Chem. B, 2015, 3, 7006-7010,Molecular Pharmaceutics, 2016, 13 (6), 1809–1821,J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 1482-1497,Nanoscale Advances, 2018,DOI: 10.1039/c8na00191j,J. Mater. Chem. B, 2019,7, 915-926)通过计算机模拟及实验验证了优化的载体材料能明显增强基因或药物的传递效率。但是在基因转染中仍然存在很多不清楚的过程、载体分布和输送机理等问题,因此清楚地知道传递系统在体内的位置和发生的变化等信息是至关重要的。

诊疗体系的出现为在单个系统中实现药物传递和分子成像双重功能提供了有益尝试。通常的方法是将成像探针分子物理包裹或化学修饰在载体末端,但这种荷载方式常常会因泄露、降解产生非特异性的背景干扰和低信噪比信号。因此,该课题组与四川大学华西医院柯博文教授展开合作,以吲哚菁绿衍生物IR 780作为基因载体的主体部分,设计了一种具有“荧光开关”功能的诊疗一体化纳米载体,用于基因的传递过程和治疗效果研究(如上图所示)。研究者用两条长的疏水碳链对IR 780进行修饰以增强其疏水性。然后将其与富含精氨酸的二代支化多肽物以还原敏感的二硫键连接起来,得到两亲性的脂多肽。该脂多肽与其它两亲性分子混合后再自组装形成纳米颗粒。富含精氨酸的亲水端带正电荷可以很好地压缩基因,且具有良好的穿膜作用,有助于提高基因转染效率。该系统在细胞中的基因转染效率较商品化的Lipofectamine2000高7倍,并由于荧光聚集淬灭效应和更长的发射波长,在追踪载体动态变化过程和定位体内基因表达部位中,具有更高的精确性和准确度。该工作由聂宇教授课题组博士研究生梁鸿和陈晓冰共同完成,相关结果发表在Small(DOI: 10.1002/smll.201906538)上。

相关工作得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中德合作研究等项目的资助。