CN118186010A - 一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体及其制备方法,所述改性阳离子基因载体包括超支化聚赖氨酸和接枝在所述超支化聚赖氨酸上的二十聚甘油;所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3)。本发明中的改性阳离子基因载体最佳基因转染效率可达95%以上,且在最佳转染效率的比例时,细胞存活率高。本发明还提供了一种高专效率低细胞毒性的阳离子载体的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料技术领域,尤其涉及一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体及其制备方法。
技术背景
近年来,基因治疗作为一种全新手段,将在治疗癌症、遗传疾病、基因工程疫苗、自身免疫疾病等领域占据重要地位。
基因治疗是指将健康外源基因导入靶细胞,用于纠正或补偿因基因缺陷或者异常引起的疾病,以发挥治疗作用。然而裸露的DNA或mRNA体积松散,表面带负电,进入细胞是会与细胞膜外层的阴离子之间产生静电排斥作用。这使得核酸分子在不借助其他技术手段时难以独立穿过细胞膜,或穿膜后极易被细胞内部的核酸酶降解。因此,成功的基因治疗依赖于有效的基因载体。
一般来说,基因载体主要分为两类:病毒类载体和非病毒类载体。使用病毒载体外源基因有效地整合到宿主染色体上,从而达到持久性表达,但是病毒类载体临床引用中存在免疫原性和遗传毒性等安全隐患。非病毒类载体多为阳离子聚合物,包括聚乙烯亚胺(PEI)及其复合物,聚赖氨酸(PLL)及其复合物和脂质体等,其中PEI25k利用自身特殊的质子海绵效应,实现高效基因递送而成为阳离子基因载体的标准。PEI25k的优点在于电荷密度集中,对基因物质有较强的复合能力,在低质量比即能获得最佳转染效率。但PEI25k在转运过程中存在较大的细胞毒性,限制了其在临床领域的应用。常见的PLL及其复合物也同样面临着电荷密度高,细胞毒性大的问题。PLL虽然带有大量正电荷,但不含有能与细胞膜中羧酸、磷酸基团形成氢键的胍基,导致其穿膜能力较弱,难以到达胞内实现转染。因此,设计一种转染效率高,细胞毒性小的基因载体显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性阳离子基因载体及其制备方法和应用,本发明中的改性阳离子基因载转染效率高,细胞毒性低。
本发明提供了一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体,包括超支化聚赖氨酸和接枝在所述超支化聚赖氨酸上的二十聚甘油。
所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3)。
所述超支化聚赖氨酸的重均分子量为10-25k。
本发明提供一种高转染效率低细胞毒性的改性阳离子基因载体的制备方法,包括以下步骤:
A)将高碘酸钠NaIO4加入二十聚甘油水溶液中,进行氧化反应;
B)将所述步骤A)中反应后的溶液进行透析;
C)将超支化聚赖氨酸的水溶液加入所述步骤B)中反应后的溶液;
所述超支化聚赖氨酸与氧化后二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3);所述超支化聚赖氨酸的重均分子量为10-25k;
D)向步骤C)反应溶液中加入三乙胺作为催化剂,调至pH=8,进行反应;
E)向所述步骤D)反应溶液中加入硼氢化钠,进行还原反应;
F)将所述步骤E)中反应后的溶液依次进行透析、冻干,得到阳离子转染基因载体。
优选的,所述超支化聚赖氨酸水溶液的浓度为0.1~0.6mg/mL。
优选的,所述二十聚甘油水溶液的浓度为0.5~1.8mg/mL。
优选的,所述NaIO4和二十聚甘油的摩尔比为(0.5~2):1。
优选的,所述硼氢化钠和接枝二十聚甘油的超支化聚赖氨酸的摩尔比为1:(1~2.5)。
优选的,所述步骤A)中的反应温度为30~45℃;
所述步骤A)中的反应时间为2.5~4小时。
优选的,所述步骤B)中透析的分子量为500。
优选的,所述步骤D)中的反应温度为室温;
反应时间为10~15小时。
优选的,所述步骤E)中的反应温度为室温;
反应时间为8~12小时。
本发明提供了一种具有高转染效率和低细胞毒的改性阳离子基因载体及其制备方法,包括超支化聚赖氨酸和接枝在所述超支化聚赖氨酸上的二十聚甘油;所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3)。本发明中的阳离子基因载体最佳基因转染效率可达95%以上,且在最佳转染效率的比例时,细胞存活率高。本发明制备的阳离子载体在基因治疗和核酸疫苗等领域发挥作用有巨大的应用前景。
本发明的有益效果:
1.本发明中基因载体不仅具有高转染效率,而且具有低细胞毒性。
2.本发明通过基因转染实验,发现在优化的条件下对eGFP DNA的转染中,转染效果高于商业PEI(polyethylenimine),且细胞毒性远低于PEI。
3.本发明通过基因转染实验,发现在优化的条件下对eGFP DNA的转染中,转染效果高于未改性过的超支化聚赖氨酸,并且细胞毒性未见明显提高。
附图说明
图1为改性阳离子基因载体的制备方法;
图2本发明制备的不同质量比的载体/DNA复合物的数均粒径及Zeta电位;
图3为本发明制备的不同质量比的超支化聚赖氨酸接枝二十聚甘油/DNA复合物的(a)荧光照片和(b)流式单参数直方图及转染率;
图4为本发明制备的所提供的质量比为10:1时,不同纳米粒的转染率对比。
图5为本发明实施案例中,所提供质量比为10:1时,阳离子载体/DNA粒子的细胞毒性。
图6为本发明制备的不同质量比的超支化聚赖氨酸接枝聚甘油/mRNA复合物的荧光照片和流式单参数直方图及转染率;
具体实施方式
本发明提供了一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体,包括超支化聚赖氨酸和接枝在所述超支化聚赖氨酸上的二十聚甘油。
所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3)。
在本发明中,所述超支化聚赖氨酸的重均分子量分子量为10-25k,更优选为12~20k,具体的,可以是12k或15k;所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比优选为1:(0.5~3),更优选为1:(1~2),具体的,可以是1:1、1:1.5、1:2。
本发明还提供了一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体的制备方法,包括以下步骤:
A)将高碘酸钠加入二十聚甘油水溶液中,进行氧化反应;
B)将所述步骤A)中反应后的溶液进行透析;
C)将超支化聚赖氨酸的水溶液加入所述步骤B)中反应后的溶液;
所述超支化聚赖氨酸与氧化后二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3);所述超支化聚赖氨酸的重均分子量为10-25k;
D)向步骤C)反应溶液中加入三乙胺作为催化剂,调至pH=8,进行反应;
E)向所述步骤D)反应溶液中加入硼氢化钠,进行还原反应;
F)将所述步骤E)中反应后的溶液依次进行透析、冻干,得到阳离子转染基因载体。
本发明先将二十聚甘油溶于水中,然后加入高碘酸钠,进行活化。
所述二十聚甘油的浓度优选为0.5~1.8mg/mL,更优选为1~1.5mg/mL;所述高碘酸钠和二十聚甘油的摩尔比优选为(0.5~2):1,更有选为(1~1.5):1。
所述氧化温度优选为30~45℃,更优选为35~40℃;所述氧化时间优选为2.5~4小时,更优选为3~3.5小时。
在本发明中,所述透析使用的透析袋的分子量为500。
完成氧化后,透析,本发明将超支化聚赖氨酸缓慢加入透析后的所述步骤A)中氧化后的溶液中,进行反应。
所述超支化聚赖氨水溶液的浓度优选为0.1~0.6mg/mL,更优选为0.2~0.4mg/mL;所述超支化聚赖氨酸与氧化后二十聚甘油的摩尔比优选为1:(0.5~3),更优选为1:(1~2),具体的,可以是1:1、1:1.5、1:2。
所述反应温度优选为室温;所述反应时间优选为10~15小时,更优选为12~14小时。
所述硼氢化钠和接枝二十聚甘油的超支化聚赖氨酸的摩尔比优选为1:(1~2.5),更优选1:(1.5~2)。
所述反应温度优选为室温;所述反应时间优选为8~12小时,更优选为10~11小时。
本发明将上述反应完之后的溶液依次进行透析、冻干,即得到改性阳离子基因载体。
本发明所得的改性阳离子基因载体最佳基因转染效率可达95%以上,且在最佳转染效率的比例时,细胞存活率高。本发明制备的阳离子载体在基因治疗和核酸疫苗等领域发挥作用有巨大的应用前景。
下面结合具体实施例和说明书附图对本发明作进一步说明。
实施例1:超支化聚赖氨酸接枝二十聚甘油的制备
将二十聚甘油溶于水中,加入高碘酸钠,氧化反应3小时。结束后将得到的反应溶液转移到分子截留量为500Da的透析袋中,在去离子水中透析8h。透析结束后向产物中加入超支化聚赖氨酸。向上述反应溶液中加入三乙胺作为催化剂,并将溶液调至pH=8,反应过夜。然后将硼氢化钠加入上述反应液中,室温下反应10小时。将反应的混合物透析,冻干得到产物阳离子转染基因载体。本发明所得的阳离子转染基因载体接枝二十聚甘油后提高细胞的膜融合能力,此外还降低了超支化聚赖氨酸的电荷密度,有利于载体在溶酶体中释放质粒。
实施例2:阳离子聚合物介导的eGFP DNA(绿色荧光蛋白质粒)对293T细胞的转染
取人胚肾细胞(293T细胞),置于含有10%胎牛血清的培养基种连续培养(5%CO2、37℃培养箱)。转染前24h内,将处于对数生长期的293T细胞按1×106/孔的密度接种于6孔板中,在5%CO2、37℃培养箱中继续培养至70%~80%融合。转染时,吸弃前一天的加注细胞培养板中的培养基,用PBS缓冲液洗涤两次后,加入转染的复合物颗粒和无血清的DMEM培养基至至终体积为1mL,继续培养24h。
转染完毕后,取出培养板,弃培养基,PBS缓冲液洗涤两次,用荧光显微镜观察绿色荧光蛋白信号。阳性细胞发出明亮的绿色荧光,阴性细胞无荧光。用流式细胞仪检测阳性细胞的百分比。
采用CCK-8试剂盒进行阳离子载体/核酸复合物的细胞毒性评价。在转染前24h,将处于对数生长期的293T细胞按5×103/孔的密度接种于96孔板中,在5%CO2、37℃培养箱中继续培养至80%~90%融合。将不同浓度阳离子载体/核酸复合物与细胞共培养24h后吸出培养基。向每孔中加入100μL的10%CCK-8和90%DMEM培养基混合物,在37℃培养箱中继续培养3h。通过酶标仪检测培养板每孔的吸收,检测波长为450nm。细胞存活率按以下公式计算:
As为待测样品的吸光度,Ac为仅含培养基对应的吸光度平均值,Ab是表示空白组的吸光度平均值。
本发明中改性阳离子基因载体的制备方法如图1所示,制备的不同质量比的载体/DNA复合物的数均粒径及Zeta电位如图2所示;不同质量比的超支化聚赖氨酸接枝二十聚甘油/DNA复合物的(a)荧光照片和(b)流式单参数直方图及转染率如图3,可以看出当本发明载体与DNA质量比为10:1时,其转染效率可高达95%以上;图4、5为不同的载体与DNA质量比均为10:1时,不同载体纳米粒的转染率对比以及细胞毒性对比。图6为本发明制备的不同质量比的超支化聚赖氨酸接枝聚甘油/mRNA复合物的荧光照片和流式单参数直方图及转染率。
Claims (10)
1.一种具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体,其特征在于,包括超支化聚赖氨酸和接枝在所述超支化聚赖氨酸上的二十聚甘油;
所述超支化聚赖氨酸与二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3);
所述超支化聚赖氨酸的重均分子量为10-25k。
2.如权利要求1所述的具有高转染效率和低细胞毒性的改性阳离子基因载体的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A)将高碘酸钠加入二十聚甘油水溶液中,进行氧化反应;
B)将所述步骤A)中反应后的溶液进行透析;
C)将超支化聚赖氨酸的水溶液加入所述步骤B)中反应后的溶液;
所述超支化聚赖氨酸与氧化后二十聚甘油的摩尔比为1:(0.5~3);所述超支化聚赖氨酸的重均分子量为10-25k;
D)向步骤C)反应溶液中加入三乙胺作为催化剂,调至pH=8,进行反应;
E)向所述步骤D)反应溶液中加入硼氢化钠,进行还原反应;
F)将所述步骤E)中反应后的溶液依次进行透析、冻干,得到所述改性阳离子基因载体。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述超支化聚赖氨酸水溶液的浓度为0.1~0.6mg/mL。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述二十聚甘油水溶液的浓度为0.5~1.8mg/mL。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述高碘酸钠和二十聚甘油的摩尔比为(0.5~2):1。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述硼氢化钠和接枝二十聚甘油的超支化聚赖氨酸的摩尔比为1:(1~2.5)。
7.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤A)中的反应温度为30~45℃;
所述步骤A)中的反应时间为2.5~4小时。
8.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤B)中透析的分子量为500。
9.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤D)中的反应温度为室温;
反应时间为10~15小时。
10.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤E)中的反应温度为室温;
反应时间为8~12小时。
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