藥物分子的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)是藥物遞送系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)。生物大分子或親水性藥物的透膜遞送仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。細(xì)胞透膜肽(cell penetrating peptides, CPPs)是一類陽(yáng)離子短肽,可以有效地透過(guò)細(xì)胞膜并攜帶生物活性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。一般認(rèn)為CPPs可以通過(guò)一種或多種途徑進(jìn)入細(xì)胞,大多數(shù)情況下,內(nèi)吞是主要的攝取途徑。通過(guò)內(nèi)吞途徑遞送的局限性包括不可避免的內(nèi)涵體/溶酶體的滯留和降解,這些局限性成為了降低細(xì)胞內(nèi)遞送效率的主要因素。當(dāng)內(nèi)吞作用被抑制或濃度超過(guò)閾值時(shí),CPPs可通過(guò)直接易位機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞,其中孔形成介導(dǎo)的直接易位機(jī)制以快速高效的穿膜優(yōu)勢(shì)成為了研究熱點(diǎn),最近,南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉陽(yáng)團(tuán)隊(duì)首次基于孔形成的基本原理設(shè)計(jì)合成了一系列富含精氨酸的透膜聚合物,該聚合物可通過(guò)孔形成介導(dǎo)的非內(nèi)吞機(jī)制有效進(jìn)入細(xì)胞,從根本上解決了囊泡束縛的問(wèn)題。將其應(yīng)用于基因遞送,PT25-R2-C6顯示出比PEI 25K更高的轉(zhuǎn)染效率和更低的細(xì)胞毒性。
通過(guò)對(duì)不同側(cè)鏈結(jié)構(gòu)聚合物的篩選,確定了三種元素是保證高效直接易位的關(guān)鍵,包括(1)兩親性刷狀聚合物結(jié)構(gòu)自組裝成納米顆粒,形成聚簇陽(yáng)離子殘基,導(dǎo)致膜的局部大擾動(dòng);(2)降冰片烯基和多肽之間的柔性疏水連接臂有助于將富含精氨酸的側(cè)鏈插入磷脂雙分子層的疏水區(qū)域并與遠(yuǎn)端層相互作用;(3)側(cè)鏈中適量的精氨酸不僅可以保證成孔能力,還可以保證安全性。PTn-R2-C6是一種類刷狀聚合物,其每條側(cè)鏈上有兩個(gè)精氨酸殘基和一個(gè)柔性己酸連接臂,能夠有效地在細(xì)胞膜上形成孔并通過(guò)直接易位機(jī)制內(nèi)化到細(xì)胞中(圖2)。
此外,團(tuán)隊(duì)還研究了PTn-R2-C6作為基因遞送載體的潛力,PTn-R2-C6可通過(guò)相同的直接易位機(jī)制將質(zhì)粒運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞質(zhì)中(圖3a)。通過(guò)調(diào)節(jié)PTn-R2-C6的聚合度,進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)染效率。PT25-R2-C6顯示出比PEI 25K更高的轉(zhuǎn)染效率(圖3b)和更低的細(xì)胞毒性(圖3c)。PTn-R2-C6聚合物的發(fā)明為藥物的高效、快速的跨細(xì)胞膜胞內(nèi)遞送提供了一個(gè)有價(jià)值的平臺(tái),在疾病治療、疫苗開(kāi)發(fā)、基因工程等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
圖3. 聚合物PTn-R2-C6應(yīng)用于基因遞送的研究
以上相關(guān)成果以“Arginine-Rich Polymers with Pore-forming Capability Enable Efficient Intracellular Delivery via Direct Translocation Across Cell Membrane”為題發(fā)表于《Advanced Healthcare Materials》上,該論文通訊作者為南開(kāi)大學(xué)化學(xué)學(xué)院高分子化學(xué)研究所劉陽(yáng)教授。該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)以及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目支持。
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