CN103536934A - 一种基于pamam的自组装纳米基因载体复合物及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其是由HA、PAMAM和gene通过相互静电作用自组装组成的复合体系，表示为HA/PAMAM/gene，其中PAMAM选自不同代数的聚酰胺-胺树状大分子，HA选自不同分子量的透明质酸及其钠盐，gene选自治疗性基因药物。该复合物能有效延长血液循环时间，更有效的将基因药物输送入肿瘤组织，同时保护基因药物不被降解，降低PAMAM的毒副作用，从而提高基因治疗的疗效，弥补了单一PAMAM载体存在的不足。本发明同时提供了上述复合物的制备方法，先将PAMAM与gene的水溶液混合孵育，通过静电吸附作用形成PAMAM/gene复合物，再加入HA溶液，室温孵育通过静电吸附作用自组装形成三元复合物HA/PAMAM/gene。

Description

一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种非病毒阳离子载体的基因治疗组合物，更具体的说，涉及一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物及其制备方法，属于药物制剂技术领域。

背景技术

近年来，肿瘤已经成为继心血管疾病之后威胁人类健康最严重的疾病之一。目前，肿瘤的常用治疗手段主要是手术治疗、放射治疗和化疗。这些手段虽然可以使患者获得较高的生存率，但术后复发及远处转移的问题仍然是困扰学者们的一大难题。随着分子生物学技术及免疫学技术的迅猛发展和人类对肿瘤发病机制认识的不断深入，基因治疗逐渐成为肿瘤生物学治疗中的重要组成部分。

对于成功的基因治疗，要求在机体内能有效安全地递送基因进入靶细胞。目前递送基因药物的载体主要有两类：病毒载体和非病毒载体。病毒载体能够高效稳定递送基因药物，但是载体本身具有的免疫原性和潜在致突变性是临床使用病毒性载体递送基因药物的主要障碍。非病毒载体能很好地克服病毒载体的缺陷，但转染效率低，传递基因的表达效率低及体内循环时间较短。

Starburst PAMAM dendrimers是1985年由美国密西根化学研究所Donald.A.Tomalia等人首先合成的一类新型高分子聚合物。在生理条件下，PAMAM末端-NH2基团完全质子化成为带正电荷的-NH₃ ⁺，使分子表面具有很高的正电荷密度，能与基因发生静电相互作用形成复合物，并具有较高的转染率。但PAMAM作为基因递送载体在体内应用尚存在以下几个问题需要解决：1.PAMAM的高正电荷密度导致高毒性；2.在体内环境下，PAMAM可非特异性地结合大量的负电大分子影响转染效率；3.实现PAMAM基因递释系统的靶向性。

透明质酸(hyahironicacid，HA)是一种独特的线性大分子酸性粘多糖，作为药物缓释载体具有优良的生物相容性和可降解性。研究发现，某些实体肿瘤和转移淋巴细胞表面存在大量透明质酸受体—CD44，而且CD44目前已成为识别肿瘤干细胞常见的标志物。将HA作为抗肿瘤药物的靶向载体，所形成的粒子或复合物能使更多的药物进入肿瘤组织，增加药物在肿瘤和淋巴结中的吸收和滞留时间，从而提高药物的疗效，降低毒副作用。

发明内容

本发明目的是：针对现有的单一PAMAM基因载体存在的不足，而提供一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，该基因载体复合物制备简单，能更有效的将治疗性基因药物送入肿瘤组织，并提高药物在肿瘤和淋巴结中的吸收和滞留时间，从而提高药物的疗效，同时具有更低的毒副作用。

本发明的技术方案是：一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于该基因载体复合物是由HA、PAMAM和gene通过相互静电（吸附）作用自组装组成的复合体系，表示为HA/PAMAM/gene，其中PAMAM选自不同代数的聚酰胺-胺树状大分子，HA选自不同分子量的透明质酸及其钠盐，gene选自治疗性基因药物。

进一步的，本发明中所述基因载体复合物中的PAMAM与治疗性基因药物的正负电荷比为24:1～10:1；PAMAM与HA的正负电荷比为1:0.05～1:1。

优选的，本发明中所述PAMAM是末端带有氨基，以乙二胺为核的3.0、4.0、5.0或6.0代的聚酰胺-胺树状大分子。

优选的，本发明中所述治疗性基因药物是指siRNA和DNA。在实际实施时，其中的siRNA优选为negative control siRNA，该siRNA的

反义链：5’-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3’；

正义链：5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3’。

优选的，本发明中所述透明质酸及其钠盐的分子量范围为5000Da-200000Da。在实际实施时，优选分子量为11000Da的透明质酸及其钠盐。

本发明的另一目的是提供一种上述基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物的制备方法，包括下述步骤：

（1）将PAMAM的水溶液与gene的水溶液混合孵育，通过静电吸附作用形成PAMAM/gene的复合物；

（2）向步骤（1）得到的PAMAM/gene的复合物中加入HA溶液，室温孵育通过静电吸附作用自组装形成HA/PAMAM/gene三元复合物；

其中PAMAM选自不同代数的聚酰胺-胺树状大分子，HA选自不同分子量的透明质酸及其钠盐，gene选自治疗性基因药物。

进一步的，上述制备方法的步骤（1）中所述PAMAM的水溶液由下述方法配制而成：

（1）将PAMAM干燥，除去甲醇溶剂后，再用PH=7.4的PBS缓冲液溶解，制备成5-20mg/mL储存液；

（2）将步骤（1）制成的储存液溶解于DEPC水中，振荡混匀，配制成1-2mg/mL的所述PAMAM的水溶液。

进一步的，上述制备方法的所述步骤（1）中所述gene的水溶液由下述方法配制而成：

将所述gene溶于DEPC水中，震荡摇匀，配制成0.1-0.2mg/mL的所述的gene的水溶液。

进一步的，上述制备方法的所述步骤（1）的涡旋孵育中，将所述PAMAM水溶液，gene水溶液和opti-MEM培养基已1：1：25的体积比混合，混匀后置室温孵育20-30min形成所述PAMAM/gene复合物。

进一步的，上述制备方法的所述步骤（2）中具体是将HA先用PH=7.4的PBS缓冲液溶解，配制成浓度为1-5mg/mL的HA溶液，再依次稀释至0.1-1mg/mL溶液，取HA溶液以1:1的体积比加入到步骤（1）得到的PAMAM/gene复合物中，混匀后置室温孵育20-30min自组装形成HA/PAMAM/gene复合物。

本发明的优点是：

本发明提供的基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，该基因载体复合物制备方法简单，并能有效的将药物送入肿瘤组织，提高药物在肿瘤和淋巴结中的吸收和滞留时间，从而提高药物的疗效，同时具有更低的毒副作用。

附图说明

图1为不同HA比例修饰对HA/PAMAM/siRNA复合物粒径及Zeta电位的影响。

图2为HA/PAMAM/siRNA复合物的琼脂糖凝胶电泳阻滞实验结果。

图3为HA/PAMAM/siRNA复合物抵抗RNase的稳定性实验结果。

图4为HA/PAMAM/siRNA复合物细胞毒性实验结果。

图5为裸siRNA的体外转染荧光显微镜观察细胞摄取实验结果。

图6为制备的PAMAM/siRNA复合物的体外转染荧光显微镜观察细胞摄取实验结果。

图7为制备的HA/PAMAM/siRNA复合物的体外转染荧光显微镜观察细胞摄取实验结果。

图8为裸siRNA、PAMAM/siRNA复合物、HA/PAMAM/siRNA复合物的体外转染流式细胞仪测定细胞摄取对比图谱。

图9为siRNA、PAMAM/siRNA复合物、HA/PAMAM/siRNA复合物的体外转染流式细胞仪测定细胞摄取结果柱状对比图。

图10为HA/PAMAM/siRNA复合物转染anti-VEGF siRNA对乳腺癌肿瘤细胞MCF-7的VEGF蛋白表达的抑制作用考察结果。

图11为HA/PAMAM/siRNA复合物转染anti-VEGF siRNA对乳腺癌肿瘤细胞MCF-7增殖抑制作用的考察结果。

具体实施方式

实施例：下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

聚酰胺-胺（PAMAM）树状大分子：末端带有氨基，以乙二胺为核，4.0代，(购自Sigma-Aldrich，产品目录号：41244-9，规格1g，数均分子量为14215)；采用60℃真空干燥，除去甲醇溶剂，获得G4.0PAMAM，再用PBS缓冲液（pH7.4，NaCl8.0g，KCl0.2g，Na₂HPO₄·12H₂O2.9g，KH₂PO₄0.2g，蒸馏水定容至1000mL）溶解，制备成10mg/mL储存液于4℃备用。

透明质酸(HA)购自山东福瑞达生物化工有限公司，规格50g，平均分子量为11000Da。

一、HA/PAMAM/siRNA复合物的制备

HA/PAMAM/siRNA复合物按照如下步骤的方法制备而成：

（1）首先将上述制成的G4.0PAMAM(平均分子量为14215)10mg/mL储存液溶解于DEPC水中，振荡混匀，配制成1.15mg/mL的工作溶液，4℃储存备用。

（2）将negative control siRNA

（反义链：5’-ACGUGACACGUUCGGAGAATT-3’，正义链：5’-UUCUCCGAACGUGUCACGUTT-3’）溶于DEPC水中，震荡摇匀，配制成0.13mg/mL的工作液。向20μL的siRNA溶液中加20μL浓度为1.15mg/mL的G4.0PAMAM工作溶液，再加入opti-MEM培养基(购自invitrogen，产品目录号为11058-021)460μL，混匀后置室温孵育20-30min形成PAMAM/siRNA复合物。形成的PAMAM/siRNA复合物中，PAMAM与siRNA的正负电荷比为12：1。

（3）将透明质酸(HA)用PBS缓冲液（pH7.4，NaCl8.0g，KCl0.2g，Na₂HPO₄·12H₂O2.9g，KH₂PO₄0.2g，蒸馏水定容至1000mL），配制成浓度为2mg/mL的HA溶液，依次稀释至1mg/mL、0.5mg/mL、0.25mg/mL、0.15mg/mL溶液。向500μL的PAMAM/siRNA复合物加入20μL不同浓度的HA溶液，混匀后置室温孵育20-30min形成HA/PAMAM/siRNA复合物。形成HA/PAMAM/siRNA复合物中，PAMAM与siRNA的正负电荷比为12：1；PAMAM与HA的正负电荷比分别为1：0.075、1:0.125、1:0.25、1:0.5、1:1。将上述制备的复合物溶液放入激光粒度仪自动检测粒径和Zeta电位(美国NICOMP公司，型号NICOMP TM380ZLS)。

结果表明，采用HA修饰预先成型的PAMAM/siRNA复合物，随着复合物中HA的增加，复合物的粒径增加，正电性减弱，参见图1所示。

二、HA/PAMAM/siRNA复合物的琼脂糖凝胶电泳阻滞实验及RNase稳定性实验

将上述实施例1制备HA/PAMAM/siRNA复合物，采用琼脂糖凝胶电泳阻滞实验和RNase稳定性实验证明PAMAM与siRNA的复合情况以及稳定性，所检测的HA/PAMAM/siRNA复合物中，PAMAM与siRNA的正负电荷比为12∶1，PAMAM与HA的正负电荷比为1:0.25。具体实验方法如下：

（1）琼脂糖凝胶电泳阻滞实验

称取适量琼脂糖，加入1×TAE溶液，加热溶解，配制成1.5％琼脂糖凝胶溶液，室温冷却至约40℃，加入1μL溴化乙锭溶液(500μg/ml)灌胶，加样，60V电泳20min左右，紫外透射仪观察并拍照。新鲜配制所需转染复合物，1.5％琼脂糖凝胶电泳鉴定包封效果。琼脂糖凝胶电泳阻滞实验结果如图2所示(图2中，泳道1为裸siRNA；泳道2为PAMAM/siRNA复合物；泳道3为HA/PAMAM/siRNA复合物)，从图2中可见，与裸siRNA不同，PAMAM/siRNA复合物与HA/PAMAM/siRNA复合物都未能向正极迁移，说明siRNA可分别被完全吸附于PAMAM/siRNA复合物与HA/PAMAM/siRNA复合物中。

（2）RNase稳定性实验

向上述上述实施例1制备的HA/PAMAM/siRNA复合物中加入0.1mg/mL的RNase溶液，混匀后37℃水浴摇床孵育2h，加入1000IU/mL肝素钠取代复合物中的siRNA。1.5％琼脂糖凝胶电泳，溴化乙锭显色，观察siRNA的降解情况。结果如图3所示(图3中，泳道1为PAMAM/siRNA复合物+RNase；泳道2为HA/PAMAM/siRNA复合物+RNase；泳道3为裸siRNA+RNase；泳道4为裸siRNA)，从图3可见，裸siRNA极易被RNase降解，而PAMAM/siRNA、HA/PAMAM/siRNA复合物能维持siRNA长时间不被降解。以上结果表明，HA/PAMAM/siRNA复合物可以有效包裹并且保护siRNA免受RNase的降解。

三、HA/PAMAM/siRNA复合物的细胞毒性实验

按上述实施例1制备HA/PAMAM/siRNA复合物，采用MTT法检测其细胞增殖情况，具体方法如下：

将MCF-7细胞按每孔6×10³个细胞接种96孔板，24h后进行转染，将细胞随机分为正常对照组、PAMAM/siRNA组以及HA/PAMAM/siRNA转染组(siRNA终浓度为100nmol/mL)，每组设6个复孔，重复3次，处理48h。用MTT法测定OD₄₉₀值绘制生长曲线并计算各组MCF-7细胞的相对存活率(％)。

MCF-7细胞的相对存活率(％)＝(实验组OD490值/对照组OD490值)×100％

实验结果如图4所示，HA/PAMAM/siRNA复合物对MCF-7细胞的增殖抑制作用低于PAMAM/siRNA复合物，表明HA的加入屏蔽了部分PAMAM表面的强正电荷，降低了PAMAM作为载体本身的细胞毒性。

四、HA/PAMAM/siRNA复合物的体外转染实验

按上述实施例1制备HA/PAMAM/siRNA复合物（本实施例中siRNA采用FAM荧光标记，即FAM-siRNA，委托上海吉玛公司合成），测定其体外转染效果，具体方法如下：

以高表达CD44受体的乳腺癌肿瘤细胞MCF-7作为考察对象，将对数生长期的MCF-7细胞接种于24孔细胞培养板，每孔1×10⁵个，于37℃和5％CO2培养24h至细胞达到60％汇合度，弃培养基，用PBS缓冲液洗涤三次。然后分别加入荧光标记的siRNA及转染复合物：FAM-siRNA，PAMAM/FAM-siRNA复合物和HA/PAMAM/FAM-siRNA复合物于37℃培养4h后置荧光显微镜下观察（结合图5～图7所示），可知加入HA的复合物HA/PAMAM/FAM-siRNA的细胞转染荧光强度明显高于没有HA的复合物PAMAM/FAM-siRNA和裸FAM-siRNA。

收集细胞用流式细胞仪检测细胞分别对FAM-siRNA、PAMAM/FAM-siRNA复合物、HA/PAMAM/FAM-siRNA复合物的摄取情况（结合图8、图9所示），可知MCF-7细胞对HA/PAMAM/FAM-siRNA的摄取明显高于PAMAM/FAM-siRNA，约为1.5倍。

五、HA/PAMAM/siRNA复合物转染anti-VEGF siRNA的有效性考察

按实施例1所述的方法制备HA/PAMAM/siRNA复合物，不同的是将negative control siRNA替换为针对血管内皮生长因子(vascular endothelialgrowth factor，VEGF)的mRNA特异性siRNA序列(委托上海吉玛公司合成，antisense：5'-GAUCUCAUCAGGGUACUCCdTdT-3'，sense：5'-GGAGUACCCUGAUGAGAUCdTdT-3')。制备的HA/PAMAM/siRNA复合物中，PAMAM与siRNA的正负电荷比为12：1；PAMAM与HA的正负电荷比为1:0.25。

将MCF-7细胞按每孔6×10³个细胞接种96孔板，24h后转染，将细胞分为正常对照组，PAMAM/N.C.siRNA组、PAMAM/anti-VEGF siRNA组、HA/PAMAM/N.C.siRNA组和HA/PAMAM/anti-VEGF siRNA组，其中anti-VEGF siRNA具有抑制VEGF蛋白表达的功能，而N.C.siRNA不对细胞增殖产生任何影响。

（1）蛋白表达情况

采用ELISA法测定复合物转染anti-VEGF siRNA对MCF-7细胞VEGF蛋白的抑制作用，重复3次，转染48h后进行对照。

VEGF蛋白相对表达率(％)＝(实验组蛋白浓度/对照组蛋白浓度)×100％

结果如图10所示，使用N.C.siRNA的复合物组细胞外排VEGF蛋白无明显变化，而HA/PAMAM/anti-VEGF siRNA组与不加入HA的实验组(即PAMAM/anti-VEGF siRNA组)都表现出明显的VEGF表达抑制作用，并且HA/PAMAM/anti-VEGF siRNA组的干扰作用更为显著。

（2）细胞增殖情况

采用MTT法检测复合物转染anti-VEGF siRNA对MCF-7细胞增殖的抑制作用，每组设6个复孔，重复3次，转染48h后进行对照，MTT法测定OD490值绘制生长曲线并计算各组细胞的相对存活率。

MCF-7细胞的相对存活率(％)＝(实验组OD490值/对照组OD490值)×100％。

结果如图11所示，较PAMAM/N.C.siRNA组比，HA/PAMAM/N.C.siRNA组的细胞存活率显著提高，说明HA的修饰降低了PAMAM作为载体本身的细胞毒性；而HA/PAMAM/anti-VEGF siRNA组对肿瘤细胞的毒性较阴性组HA/PAMAM/N.C.siRNA组显著提高，细胞存活率下降，约为阴性组的67%，不加入HA的实验组，PAMAM/anti-VEGF siRNA的细胞存活率则只下降为PAMAM/N.C.siRNA的90%，可得出HA/PAMAM/anti-VEGF siRNA对肿瘤细胞表现出更加显著的干扰抑制作用。

当然上述实施例只是为说明本发明的技术构思及特点所作的例举而非穷举，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于该基因载体复合物是由HA、PAMAM和gene通过相互静电作用自组装组成的复合体系，表示为HA/PAMAM/gene，其中PAMAM选自不同代数的聚酰胺-胺树状大分子，HA选自不同分子量的透明质酸及其钠盐，gene选自治疗性基因药物。

2.根据权利要求1所述的一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于：所述基因载体复合物中的PAMAM与治疗性基因药物的正负电荷比为24:1～10:1；PAMAM与HA的正负电荷比为1:0.05～1:1。

3.根据权利要求1所述的一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于：所述PAMAM是末端带有氨基，以乙二胺为核的3.0、4.0、5.0或6.0代的聚酰胺-胺树状大分子。

4.根据权利要求1所述的一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于：所述治疗性基因药物是指siRNA和DNA。

5.根据权利要求1所述的一种基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物，其特征在于：所述透明质酸及其钠盐的分子量范围为5000Da-200000Da。

6.如权利要求1～5中任意一项所述的基于PAMAM的自组装纳米基因载体复合物的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

（1）将PAMAM的水溶液与gene的水溶液混合孵育，通过静电吸附作用形成PAMAM/gene的复合物；

（2）向步骤（1）得到的PAMAM/gene的复合物中加入HA溶液，室温孵育通过静电吸附作用自组装形成HA/PAMAM/gene三元复合物；

其中PAMAM选自不同代数的聚酰胺-胺树状大分子，HA选自不同分子量的透明质酸及其钠盐，gene选自治疗性基因药物。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中所述PAMAM的水溶液由下述方法配制而成：

（1）将PAMAM干燥，除去甲醇溶剂后，再用PH=7.4的PBS缓冲液溶解，制备成5-20mg/mL储存液；

（2）将步骤（1）制成的储存液溶解于DEPC水中，振荡混匀，配制成1-2mg/mL的所述PAMAM的水溶液。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）中所述gene的水溶液由下述方法配制而成：

将所述gene溶于DEPC水中，震荡摇匀，配制成0.1-0.2mg/mL的所述的gene的水溶液。

9.根据权利要求6或7或8所述的制备方法，其特征在于所述步骤（1）的涡旋孵育中，将所述PAMAM水溶液，gene水溶液和opti-MEM培养基以1：1：25的体积比混合，混匀后置室温孵育20-30min形成所述PAMAM/gene复合物。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述步骤（2）中将HA先用PH=7.4的PBS缓冲液溶解，配制成浓度为1-5mg/mL的HA溶液，再依次稀释至0.1-1mg/mL溶液，取HA溶液以1:1的体积比加入到步骤（1）得到的PAMAM/gene复合物中，混匀后置室温孵育20-30min自组装形成HA/PAMAM/gene复合物。

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