在国家自然科学基金重点项目()和浙江省重点研发计划(C)的资助下，浙江大学申有青教授团队在核酸和蛋白等生物大分子递送方面近期取得了三项重要进展,研究成果分别发表在著名学术期刊AdvancedMaterials（1项）和NanoToday（2项）上。主要研究成果为：1）转染能力不依赖于剂量的聚合物/DNA复合物(Dose-independenttransfectionofhydrophobizedpolyplexes,AdvancedMaterials)；2）能够模拟病毒转染过程、像病毒一样附着在细胞膜上、以膜融合途径将自由的DNA直接注入细胞内的聚合物/DNA复合物(Virus-mimeticDNA-ejectingpolyplexesforefficientintracellularcancergenedelivery,NanoToday)；以及3）能够输送蛋白、siRNA等生物大分子的平台技术(Polyplexnanovesiclesofsinglestrandoligonucleotidesforefficientcytosolicdeliveryofbiomacromolecules,NanoToday)。

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转染效率不依赖于核酸剂量的聚合物/DNA复合物

基因疗法在肿瘤治疗、遗传疾病等方面具有良好的应用潜力，其应用瓶颈是高效的核酸递送系统。阳离子聚合物能够中和DNA的负电荷，将其压缩成阳离子聚合物/DNA复合物纳米颗粒，长期以来被广泛应用于核酸药物（如治疗型DNA和mRNA）的体内外基因输送研究，是常用的非病毒基因载体，但由于其在体内的基因转染效率相对病毒载体较低，极大阻碍了其临床应用。

新冠等病毒能够在人群中传染，是因为其单个病毒就能完成进入人体并高效感染人体细胞的过程。但是，研究发现阳离子聚合物/DNA纳米复合物的转染能力具有很强的浓度依赖性，其转染能力随稀释而降低并在低浓度时完全失去转染能力。因而当应用于体内系统基因递送时，能够到达靶组织的复合物纳米颗粒很少、浓度低，导致失去转染能力。因此这种浓度依赖性转染限制了阳离子聚合物/DNA非病毒纳米复合物的体内应用。

针对限制阳离子聚合物转染效率的这一瓶颈问题，浙江大学申有青教授团队的张震博士和邱娜莎博士合成了具有一系列结构类似但疏水性可调的聚甲基丙烯酸酯类聚合物（图1a），详细研究了其DNA转染效率的规律，发现复合物的稳定性和内吞途径决定了其转染是否有剂量依赖性（图1b）：亲水性的阳离子聚合物与DNA形成的复合物是动态的，在低浓度时，该复合物颗粒会解离，剩余的小部分被内吞入溶酶体；溶酶体内过低浓度的阳离子聚合物无法引起“质子海绵效应”而无法释放出DNA，导致失去转染能力。通过系统研究阳离子聚合物疏水性与DNA转染能力之间的关系发现，具有适当疏水性的阳离子聚合物与DNA形成的复合物，即使在低浓度下仍然保持了完整性，且能够通过巨胞饮的方式进入高通透性的巨胞饮体，并直接进入胞浆，从而避开了溶酶体陷阱。因此，即使在低浓度下每个复合物仍然能够独立完成其感染细胞的过程，实现类似于病毒载体的非剂量依赖型DNA转染。

更进一步，该疏水性聚合物形成的复合物与阴离子聚谷氨酸(γ-PGA)可通过静电相互作用产生的吸引力与其疏水性/γ-PGA亲水性产生的斥力相平衡，使γ-PGA既可以在复合物表面形成一个遮蔽层，又可以在接触细胞膜时高效剥离下来，释放出聚合物/DNA复合物纳米颗粒进行非剂量依赖型转染。这些发现可以为设计模拟病毒载体的高效体内基因递送系统提供指导意义。该工作近期以Dose-independenttransfectionofhydrophobizedpolyplexes发表在于AdvancedMaterials.

图1.结构类似但疏水化程度不同的阳离子单体结构及其聚合物（a），及不同疏水性复合物的基因转染行为和基因转染途径（b）。b）：i)高亲水性的A/DNA复合物通过网格蛋白介导的内吞途径进入溶酶体；在高复合物浓度下，内涵体/溶酶体含有大量复合物以裂解内涵体，释放DNA进入胞浆实现基因转染；但在低浓度下大部分复合物溶胀解离，剩下的部分复合物进入内涵体/溶酶体，这些复合物浓度不足以诱导内涵体/溶酶体裂解，从而丧失转染能力。ii)较疏水性的B75D25可以与DNA复合形成稳定的纳米颗粒，即使在非常低的浓度下仍然能够保持完整性，且可以通过巨胞饮的方式进入渗漏型的巨胞饮体，很容易逃逸至胞浆，实现剂量非依赖性转染。iii)B75D25/DNA复合物与γ-PGA通过平衡的亲和力，形成具有核壳结构的γ-PGA/B75D25/DNA纳米复合物用于体内抑瘤。与细胞膜接触后，γ-PGA的外壳脱落下来，释放B75D25/DNA复合物实现有效转染。

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