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中山大學(xué)張黎明教授課題組在梳形聚合物作為基因和藥物共傳遞載體研究中取得新進(jìn)展
2021-02-01  來源:高分子科技

  目前,通過化學(xué)療法治療癌癥患者是臨床研究熱點(diǎn)之一,但是由于抗癌藥物的副作用和多次藥物后的免疫力現(xiàn)象導(dǎo)致化學(xué)療法在臨床醫(yī)學(xué)上受到極大限制。由于腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散較快,單純的基因治療難以達(dá)到長期抑制的作用。因此聯(lián)合基因和藥物控釋治療方法,抑制腫瘤細(xì)胞并避免多次服用藥物引起的藥物免疫性,目前已成為新的研究方向。這種方法對載體材料提出了較高要求,需要同時負(fù)載抗癌藥物和目標(biāo)基因并且互不干擾,有效地將藥物和基因輸送到靶細(xì)胞并進(jìn)行釋放和表達(dá)。


  這項(xiàng)工作通過點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)和酰胺化反應(yīng),合成以殼聚糖 (Cs) 為主鏈、聚酰胺-胺樹枝狀分子 (polyamidoamine, PAMAM) 基元和脫氧膽酸 (DCA) 為側(cè)鏈的兩親性梳形聚合物 (PAMAM-Cs-DCA) (Scheme 1)。1H NMR和FTIR表征確定了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu) (Figure 1)。


Scheme 1. (A) Schematic representation of co-delivering hydrophobic drug and pDNA by PAMAM-Cs-DCA. Synthesis routes of (B) 6-N3-Cs and (C) PAMAM-Cs-DCA.


Figure 1. (a) FT-IR spectra of propargyl focal point PAMAM dendron (G=3), 6-N3-Cs-DCA and PAMAM-Cs-DCA. (b) 1H NMR spectra of PAMAM dendron (G=3), 6-N3-Cs-DCA7, and PAMAM14-Cs-DCA7 in DMSO-d6.


  PAMAM-Cs-DCA在水中自組裝形成以PAMAM和Cs為親水外殼、DCA為疏水內(nèi)核的納米膠束,通過熒光光譜、動態(tài)光散射(DLS)和TEM測試,研究了PAMAM-Cs-DCA的膠束化行為 (Figure 2)。


Figure 2. Intensity ratios (I1/I3) from pyrene emission spectra in PBS buffer (pH 7.4) against the logarithm of concentration of (a) PAMAM12-Cs-DCA11 NPs or (b) PAMAM14-Cs-DCA7. TEM images and size distributions obtained from DLS of the NPs from (c) ) PAMAM12-Cs-DCA11 and (d) PAMAM12-Cs-DCA11-DOX.


  以阿霉素為模型藥物,考察了PAMAM-Cs-DCA納米膠束的藥物負(fù)載能力和藥物釋放行為,藥物負(fù)載率隨著DCA取代度的增加而增加,在整個藥物釋放過程中載藥膠束PAMAM-Cs-DCA-DOX的藥物釋放速率都保持緩慢而穩(wěn)定,并隨著pH值的降低而變快 (Figure 3)。


Figure 3. In vitro release profiles of entrapped DOX from PAMAM12-Cs-DCA11 NPs and PAMAM14-Cs-DCA7 NPs in phosphate buffer (pH 7.4 or 5.2) at 37 ℃. The inset is an enlarged image for showing the initial release. (n=3, mean ± standard deviation)


  凝膠電泳實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)N/P值大于等于1:1時,PAMAM-Cs-DCA和負(fù)載藥物的PAMAM-Cs-DCA-DOX都能通過親水殼PAMAM基元包裹pDNA,并完全阻滯pDNA在凝膠電泳中的遷移。DLS和Zeta電位測試表明,PAMAM-Cs-DCA和PAMAM-Cs-DCA-DOX能和pDNA形成粒徑為200-300 nm的球形復(fù)合物,表面電荷為正值。MTT測試表明PAMAM-Cs-DCA和PAMAM-Cs-DCA-DOX在293T細(xì)胞中具有較低的細(xì)胞毒性,遠(yuǎn)低于PEI(25 KDa)的細(xì)胞毒性;負(fù)載藥物的PAMAM-Cs-DCA-DOX的細(xì)胞毒性稍大于PAMAM-Cs-DCA。PAMAM-Cs-DCA / pDNA復(fù)合物和PAMAM-Cs-DCA-DOX / pDNA復(fù)合物都能有效地將pDNA轉(zhuǎn)進(jìn)293T細(xì)胞中,轉(zhuǎn)染效率隨N/P值的增加而增加;并且負(fù)載阿霉素后,復(fù)合物的轉(zhuǎn)染效率稍微降低 (Figure 4Figure 5)。


Figure 4. Transfection efficiency of PAMAM12-Cs-DCA11 NPs/pDNA, PAMAM14-Cs-DCA7 NPs/pDNA, PAMAM12-Cs-DCA11-DOX NPs/pDNA and PAMAM14-Cs-DCA7 -DOX NPs/pDNA complexes in 293T cells at various N/P ratios using PEI/DNA complexes as the control. (*p<0.05, n=3, mean ± standard deviation)


Figure 5. Representative fluorescence images of 293T cells transfected by PAMAM12-Cs-DCA11NPs/pDNA complex (a: N/P 5:1; b: N/P 10:1; c: N/P 20:1), PAMAM12-Cs-DCA11-DOX NPs/pDNA complex (d: N/P 5:1; e: N/P 10:1; f: N/P 20:1), PEI/pDNA complex (g: N/P 10) and native pDNA (h) (AI and BI: fluorescence field images; AII and BII: bright field images).


  以上相關(guān)成果以“Cationic nanoparticles self-assembled from amphiphilic chitosan derivatives containing poly(amidoamine) dendrons and deoxycholic acid as a vector for co-delivery of doxorubicin and gene”為題在 Carbohydrate Polymers (2021,Article 117706) [SCI impact factor: 7.182] 上發(fā)表。論文的共同第一作者為陳珊珊博士生和鄧俊杰博士,通訊作者為中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院張黎明教授。該研究得到國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和聚合物復(fù)合材料及功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助與支持。


  論文鏈接: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S014486172100093X

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