基于组胺的新型阳离子聚合物基因载体的设计合成

论文摘要

基因治疗能够从根本上治愈多种严重的疾病,包括遗传性疾病和癌症等。近几十年来,非病毒基因载体因具有免疫原性低、安全性好、可包裹不同尺寸的DNA,明确的物理化学结构等优点,受到广泛的关注。其中,聚乙烯亚胺（PEI）、树枝状高分子聚氨酯（PAMAM）和聚甲基丙烯酸-N, N-二甲氨基乙酯（PDMAEMA）是研究最广泛的非病毒基因载体。这些聚合物载体在内涵体pH环境下具有较高的缓冲能力,可以诱导质子海绵体效应破坏内涵体膜,促使DNA复合物从内涵体逃离从而得到高的转染效率。文献表明pH缓冲能力低的阳离子聚合物（如聚赖氨酸和壳聚糖等）用咪唑环基团修饰后,在内涵体pH环境下的缓冲能力增加,转染效率得到很大提高。以PDMAEMA为代表的阳离子乙烯类聚合物与PEI和PAMAM树枝状聚合物相比,具有合成简单、可控等优点,可方便设计得到不同结构、组成和功能化的聚合物载体。论文第一章简要概述了基因传导的一般过程,传递过程中需要克服的各种障碍,以及一些常见的非病毒基因载体。论文第二章设计了含有咪唑环基团的乙烯类单体组胺丙烯酰胺（HA）,通过自由基聚合制备了结构和分子量可控的聚组胺丙烯酰胺（PHA）,研究了其体外基因转染活性。酸碱滴定结果表明所有的PHA聚合物在pH范围5.1-7.2具有高的缓冲能力,是25 kDa PEI的5倍左右。12.7、17.5和28.7 kDa PHAs在N/P比大于或等于10/1的条件下,能够有效压缩DNA形成纳米级的粒子（<220 nm）,且复合物表面带正电荷（> 13 mV）。值得注意的是,用pCMV-Luc和pEGFP-C1作为报告基因对COS-7细胞进行体外转染时,低分子量的PHA（例如12.7 kDa PHA）的体外转染效率与25 kDa PEI相当,而CCK-8实验结果显示复合物对细胞基本没有毒性。论文第三章合成了分子量和结构组成可控的侧链含伯胺和咪唑环基团的乙烯类共聚物作为非病毒基因载体。我们采用自由基聚合技术、去Boc保护方法分别合成了基于组胺丙烯酰胺（HA）单体与丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基乙酯（Boc-AEA）单体的共聚物P（HA/AEA）和组胺丙烯酰胺（HA）单体与丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基己酯（Boc-AHA）单体的共聚物P（HA/AHA）。实验中我们通过调节加入反应单体的比例来调节共聚物的组成,核磁计算得到共聚物中PHA单元的比例分别为70 %、80 %和90 %左右。一方面由于咪唑环是聚合物的主要组成部分,其在内涵体pH值条件下仍保持了高的缓冲能力;另一方面伯胺基团的存在提高了聚合物在生理pH下的电荷密度,改善了DNA压缩能力,提高了复合物的溶解性和稳定性。DLS结果表明共聚物P（HA/AEA）和P（HA/AHA）与DNA形成的复合物粒径均小于PHA均聚物与DNA形成的复合物,同时复合物表面的Zeta电位也得到了提高。通过对COS-7细胞的毒性和转染实验,发现这些侧链含伯胺基团的PHA共聚物保持了PHA均聚物的低毒性能,而P（HA/AEA）的转染效率和PHA相当,P（HA/AHA）的转染效率比PHA和25 kDa PEI都要高。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 基因治疗（Gene Therapy）
• 1.2 高分子基因载体/DNA 的传递过程
• 1.3 基因传递过程的各种屏障
• 1.4 克服屏障、提高基因传递效率的方法
• 1.4.1 形成稳定的复合物
• 1.4.2 生理条件下的稳定性
• 1.4.3 进入细胞
• 1.4.4 逃离内涵体
• 1.5 常用的阳离子高分子基因载体
• 1.5.1 聚乙烯亚胺（PEI）
• 1.5.2 树状高分子（Dendrimers）
• 1.5.3 聚甲基丙烯酸乙酯2－（二甲胺）（PDMAEMA）
• 1.5.4 其它高分子基因载体
• 1.6 含咪唑环基因载体的研究
• 1.7 课题的提出及研究内容
• 参考文献
• 第二章 新型水溶性聚组胺丙烯酰胺（PHA）用于无毒高效的非病毒基因释放
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料和试剂
• 2.2.2 合成组胺丙烯酰胺（HA）单体
• 2.2.3 合成聚组胺丙烯酰胺（PHA）均聚物
• 2.2.4 聚合物的测试与表征
• 2.2.5 缓冲容量的测定
• 2.2.6 聚合物/DNA 复合物的制备
• 2.2.7 透射电子显微镜（TEM）
• 2.2.8 凝胶电泳实验
• 2.2.9 聚合物/DNA 复合物的细胞毒性实验
• 2.2.10 聚合物/DNA 复合物的体外转染实验
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 聚组胺丙烯酰胺（PHA）的合成与表征
• 2.3.2 PHA 均聚物的缓冲能力
• 2.3.3 PHA/DNA 复合物粒径和Zeta 电位
• 2.3.4 PHA/DNA 复合物凝胶电泳阻滞实验
• 2.3.5 PHA/DNA 复合物的细胞毒性
• 2.3.6 PHA/DNA 复合物的体外转染
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 侧链含组胺和伯胺官能团的新型阳离子共聚物的合成及其作为基因载体的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 合成丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基乙酯（Boc-AEA）
• 3.2.2.1 合成N-（叔丁氧羰基）氨基乙醇（Boc-AE）
• 3.2.2.2 合成丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基乙酯（Boc-AEA）
• 3.2.3 合成丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基己酯（Boc-AHA）
• 3.2.3.1 合成N-（叔丁氧羰基）氨基己醇（Boc-AH）
• 3.2.3.2 合成丙烯酸-N-（叔丁氧羰基）氨基己酯（Boc-AHA）
• 3.2.4 合成侧链含有伯胺官能团聚丙烯酰胺（PHA）共聚物
• 3.2.4.1 自由基聚合
• 3.2.4.2 去Boc 保护
• 3.2.5 聚合物的测试与表征
• 3.2.6 PHA 共聚物缓冲容量的测定
• 3.2.7 PHA 共聚物/DNA 复合物的制备
• 3.2.8 PHA 共聚物/DNA 复合物凝胶电泳阻滞实验
• 3.2.9 PHA 共聚物/DNA 复合物的细胞毒性实验
• 3.2.10 PHA 共聚物/DNA 复合物的体外转染实验
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 合成侧链含有伯胺官能团聚丙烯酰胺（PHA）共聚物
• 3.3.1.1 单体Boc-AEA 和Boc-AHA 的合成
• 3.3.1.2 合成侧链含有伯胺官能团PHA 共聚物
• 3.3.2 侧链含有伯胺官能团PHA 共聚物的缓冲能力
• 3.3.3 PHA 共聚物/DNA 复合物的粒径和Zeta-电位
• 3.3.4 PHA 共聚物/DNA 复合物的凝胶电泳阻滞实验
• 3.3.5 PHA 共聚物/DNA 复合物的细胞毒性
• 3.3.6 PHA 共聚物/DNA 复合物的体外转染
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 结论与展望
• 4.1 全文结论
• 4.2 展望
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文
• 致谢