一、简介
基因治疗是一种新兴的治疗方法，是指将外源正常基因导入靶细胞，纠正或补偿基因缺陷或异常引起的疾病，从而达到治疗目的。除了治疗基因外，基因药物传递系统也是基因疗法的重要组成部分，它分为两大类：病毒传递系统和非病毒传递系统。与病毒传递系统相比，非病毒传递系统临床安全性更高，生物相容性更好，载药量更大，可大规模生产，是当下的研究热点，而研制出高转染率、低细胞毒性的非病毒基因载体材料是主要的研究目标之一。
聚乙烯亚胺(PEI)是常见的阳离子聚合物非病毒基因载体，它被广泛应用有以下两个原因：一、PEI富含带正电荷的氨基，主链上平均三个原子里就有一个N原子，可与带负电的核酸通过静电作用紧密结合。二、生理条件下，PEI的氨基约有80%未被质子化，当载有核酸药物的PEI进入细胞溶酶体内后，质子泵不断提供质子与这部分氨基螯合，引发氯离子和水分子持续内流，溶酶体最终溶胀裂解，复合物逃逸出来，然后释放出核酸药物，即PEI能够引起质子海绵效应[1]。PEI分子量通常在600Da-1600KDa之间，随着分子量的增加，基因转染率增高，但细胞毒性也逐渐增大。基于这一特点，本课题拟利用环糊精的包合作用，将分别修饰有环糊精和苯硼酸的小分子量PEI通过主客作用交联起来，获得高分子量的PEI聚合物，既保证了基因载体安全性，又提高了转染效率。同时苯硼酸可在ATP存在条件下进行亲水性和疏水性切换，从而赋予PEI聚合物ATP响应的能力，将药物运送至高ATP浓度的组织细胞内释放。
二、研究概况
低分子量PEI毒性低但基因转染率低，高分子量PEI转染率高但毒性大，因此需要对PEI进行修饰以兼顾安全性和递送效率。PEI的PEG化是常见的改造方法之一，一般是以高分子量PEI为骨架进行的，通过不同连接方法连接PEG，生成毒性降低，转染效率与未改造前相近的共聚物。修饰低分子量PEI，提高其转染率的方法有：与乙二醇二丙烯酸酯连接,与壳聚糖连接，PEI1000Da、PEG5000Da和多聚gamma;一苯甲基一谷氨酸合成新的阳离子高分枝状多聚物[2]。
环糊精是一种多羟基糖类分子，呈两端开口的中空桶状结构，有亲水性外壳和疏水性空腔，空腔可包结多种客体分子，具有低毒性、水溶性好、可完全生物降解的特点[3]。以环糊精作为骨架，低分子量PEI作为支链，交联形成新的共聚物，可降低PEI的毒性，提高PEI和基因复合物的稳定性，减少PEI作为基因载体直接体内应用导致的红细胞聚集，与白蛋白非特异性结合的现象，提高靶向性，延长体内的时间等[4]。此外，许多阳离子聚合物载体在体内很难被降解，容易堆积从而产生毒性，而采用这种方法可以使得基因载体在生物体内完全被降解[5]。
ATP是生命活动的直接供能物质，在胞内胞外都广泛存在，但胞内浓度远高于胞外浓度，尤其是肿瘤细胞，由于代谢旺盛，胞内外ATP浓度差异更加明显。因此构建ATP响应型基因载体，有广大的应用前景，可用于糖尿病、癌症治疗相关药物递送领域。苯硼酸（PBA）可与糖类分子通过二醇结构可逆结合，但ATP分子具有顺式二醇的结构，可以和PBA糖分子结构中的糖竞争结合位点，将糖分子替换下来，形成更稳定的苯硼酸酯结构，从而表现出ATP响应性[6]。本实验拟用环糊精和苯硼酸修饰低分子量PEI，并通过主客作用力使其交联得到高分子量聚合物，同时苯硼酸的ATP响应性使聚合物在细胞内高浓度ATP条件下释放出治疗基因。
三、研究目的
本实验目的是在小分子量PEI细胞毒性低的基础上通过环糊精修饰使其发生交联，自组装形成高分子量聚合物，提高其基因转染效率和压缩基因的能力。再通过修饰苯硼酸，获得ATP响应的能力，提高药物递送系统靶向性。首先制备环糊精和PEI共聚物，用质子核磁共振波谱方法进行表征，然后再用苯硼酸修饰PEI，接着通过主客作用力将PEI-CD 和PEI-PBA交联，用质子核磁共振波谱、琼脂糖凝胶电泳方法验证共聚物的结构、相对组成，测定其压缩和携带基因能力。因此，本课题构建了PEI-CD-PEI-PBA/siRNA的复合基因药物递送系统，不但保留了小分子量PEI低毒的优点，更提高了基因转染率，实现了基因药物的高效、安全、智能递送。
四、研究思路
