Department of Clinical Vascular Regeneration, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo, Tokyo, Japan.
Biomaterials. 2011 Jan;32(2):652-63. doi: 10.1016/j.biomaterials.2010.09.022. Epub 2010 Oct 6.
Polyplex micelles formed with plasmid DNA (pDNA) and poly(ethylene glycol) (PEG)-block-poly{N-[N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl]aspartamide} [PAsp(DET)] exhibit effective endosomal escaping properties based on di-protonation of diamine side chains with decreasing pH, which improves their transfection efficiency and thus are promising candidates for local in vivo gene transfer. Here, PEG-PAsp(DET) polyplex micelles were further improved as in vivo systemic vectors by introduction of cholesterol (Chole) into the ω-terminus of PEG-PAsp(DET) to obtain PEG-PAsp(DET)-Chole. Introduction of the cholesterol resulted in enhanced association of block copolymers with pDNA, which led to increased stability in proteinous medium and also in the blood stream after systemic injection compared to PEG-PAsp(DET) micelles. The synergistic effect between enhanced polymer association with pDNA and increased micelle stability of PEG-PAsp(DET)-Chole polyplex micelles led to high in vitro gene transfer even at relatively low concentrations, due to efficient cellular uptake and effective endosomal escape of block copolymers and pDNA. Finally, PEG-PAsp(DET)-Chole micelles achieved significant suppression of tumor growth following intravenous injection into mice bearing a subcutaneous pancreatic tumor using therapeutic pDNA encoding an anti-angiogenic protein. These results suggest that PEG-PAsp(DET)-Chole micelles can be effective systemic gene vectors for treatment of solid tumors.
基于聚电解质复合物的基因载体系统研究进展
聚电解质复合物是由带相反电荷的两种或两种以上的聚合物通过静电相互作用而形成的纳米级复合物。其中,带正电的聚合物可以通过静电作用与带负电的 DNA 结合,形成纳米级的复合物,从而实现对 DNA 的包裹和保护。同时,带正电的聚合物还可以通过与细胞膜表面的负电荷相互作用,促进复合物的内吞进入细胞内。
聚乙二醇(PEG)是一种常用的生物相容性聚合物,具有良好的水溶性和生物稳定性。PEG 可以通过与其他聚合物形成嵌段共聚物,来调节聚合物的物理化学性质和生物活性。例如,PEG 可以与聚氨基酸(如聚赖氨酸、聚谷氨酸等)形成嵌段共聚物,这些共聚物可以通过静电相互作用与 DNA 结合,形成纳米级的复合物。此外,PEG 还可以与其他聚合物(如聚乳酸-乙醇酸共聚物、壳聚糖等)形成共混物或复合物,以提高载体的生物相容性和稳定性。
本文介绍了一种基于聚乙二醇(PEG)和聚[N-[N-(2-氨基乙基)-2-氨基乙基]天冬酰胺](PAsp(DET))的聚合物载体系统,用于将基因递送到细胞内。该载体系统由带正电的聚合物和 DNA 形成复合物,通过内吞作用进入细胞内。在细胞内,复合物通过质子化作用,将 DNA 释放到细胞质中,从而实现基因的表达。
与其他基因载体系统相比,该载体系统具有以下优点:
高效的基因转染效率:该载体系统可以在较低的浓度下实现高效的基因转染,从而减少了载体系统的用量和毒性。
良好的生物相容性和生物可降解性:该载体系统由生物相容性良好的聚合物组成,可以在体内降解为小分子物质,从而减少了对机体的毒性和免疫原性。
可调的物理化学性质:该载体系统的物理化学性质可以通过改变聚合物的组成、分子量、电荷密度等参数进行调节,从而实现对基因转染效率和细胞内释放的控制。
多功能性:该载体系统可以通过与其他分子(如靶向分子、药物等)结合,实现多功能的基因治疗。
总之,基于聚乙二醇和聚[N-[N-(2-氨基乙基)-2-氨基乙基]天冬酰胺]的聚合物载体系统是一种高效、安全、多功能的基因治疗载体系统,具有广阔的应用前景。