Summary

用于靶向质粒DNA输送的美聚氨酸功能化生物相容性块共聚物

Published: August 06, 2019
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Summary

本作品通过可逆添加-碎片链转移(RAFT)方法介绍了蛋氨酸功能化生物相容性块共聚物(mBG)的制备。研究了获得mBG的质粒DNA复合能力及其转染效率。RAFT方法对聚合含有特殊功能组的单体非常有益。

Abstract

可逆添加-碎片链转移(RAFT)聚合融合了基聚合和活聚合的优点。本作品介绍了通过RAFT聚合制备蛋氨酸功能化生物相容性块共聚物。首先,N,N-二乙二醇(2-羟基苯甲酸酯)甲酰胺-b-N-(3-氨基丙烯酰胺)甲酰胺(BNHEMA-b-APMA,BA)通过RAFT聚合合成,使用4,4′-亚索比(4-青黄酸)(ACVA)作为启动剂和4-氰化二苯甲酸二甲苯甲酸(CTP)作为链转移剂。随后,N,N-bis(2-羟基)甲酰胺-b-N-(3-关尼诺丙基)甲酰胺(美聚氨酸嫁接BNHEMA-b-GPMA,mBG)通过用甲胺和瓜尼丁修饰APMA中的胺组制备组。合成了三种块状聚合物,mBG1、mBG2和mBG3进行比较。使用宁西林反应来量化APMA含量;mBG1、mBG2 和 mBG3 分别占 APMA 的 21%、37% 和 52%。凝胶渗透色谱(GPC)结果表明,BA共聚物的分子量为16,200(BA1)、20,900(BA2)和27,200(BA3)克/摩尔。研究了获得块共聚物基因载体的质粒DNA(pDNA)复合能力。当pDNA分别与mBG1、mBG2、mBG3完全复合时,电荷比(N/P)为8、16和4。当mBG/pDNA多聚体N/P比高于1时,mBG的Zeta电位为正。在 16 和 32 之间的 N/P 比率下,mBG/pDNA 聚丛的平均颗粒大小在 100-200 nm 之间。总体而言,这项工作说明了块共聚载体合成的简单和方便的方案。

Introduction

近年来,基因疗法已出现以核酸的治疗性输送为治疗各种疾病的药物。包括质粒DNA(pDNA)和小干扰RNA(siRNA)在内的基因药物的开发依赖于药物输送系统(DDS)2的稳定性和效率。在所有DDS中,阳离子聚合物载体具有稳定性好、免疫原性低、易制制剂和改性等优点,使阳离子聚合物载体具有广阔的应用前景。为了在生物医学中的实际应用,研究人员必须找到一种高效、低毒性、具有良好的靶向能力的阳离子聚合物载体。在所有聚合物载体中,块共聚物是使用最广泛的药物输送系统之一。块共聚物被深入研究,因为它们的自组装特性和在药物输送中形成云母、微球和纳米粒子的能力5。块共聚物可以通过活聚合或点击化学方法合成。

1956年,Szwarc等人提出了活聚合的课题,将其定义为无链断裂反应的6,7。从那时起,已经开发出多种技术,用这种方法合成聚合物;因此,活聚合被认为是聚合物科学的一个里程碑。活聚合可分为活阴离子聚合、活阳离子聚合和可逆失活基聚合(RDRP)9。活阴离子/阳离子聚合具有有限的应用范围,由于其严格的反应条件10。受控/活基聚合(CRP)反应条件温和,处置方便,产量好,是近年来的主要研究重点。在CRP中,活性传播链可逆钝化为休眠链,以降低自由基的浓度,避免传播链基的双分子反应。只有当非活性休眠传播链可逆地动画化为链基时,添加聚合才能继续。可逆添加-裂变链转移(RAFT)聚合作为最有前途的活基聚合形式之一,是一种适用于分子量和结构可控、分子量窄的块状聚合物的屈服方法。分布,并携带功能组12。成功进行RAFT聚合的关键是链转移剂(通常是二硫酯)的作用,后者具有非常高的链传递常数。

本文设计了一种RAFT聚合法,制备BNHEMA-b-APMA块状聚合物,以4,4′-亚索比(4-青黄酸)(ACVA)作为起始剂,4-氰化二苯甲酸二硫苯甲酸(CTP)作为链转移剂。RAFT聚合被两次用于将BNHEMA引入阳离子聚合物载体。随后,用甲胺磷和甲胺酰胺试剂1-酰胺盐酸基苯甲酸酯对APMA链中的胺组进行了修饰。利用关尼酰胺试剂和甲酰胺聚合物骨架结构的正电荷,提高了所得块状聚合物载体的细胞吸收效率。

Protocol

1. BNHEMA聚合物(PBNHEMA)的合成 将1.87克N、N-之二(2-羟乙酰)甲酰胺(BNHEMA)溶解在聚合瓶中1mL的蒸馏水中。注:聚合瓶是一个圆底烧瓶,带有橡胶塞和磁搅拌器。 在 5 mL 烧杯中溶解 0.03 g 的 4-氰化二苯甲酸二硫苯甲酸 (CTP) 和 0.02 g 的 4,4′ – 亚祖酸 (4-青酸 ) (ACVA) 中 0.5 mL 的 1,4-二恶烷。然后,将 CTP 和 ACVA 溶液从步骤 1.1 添加到聚合瓶中。 通过三个冷冻泵-解冻循环,用氮气?…

Representative Results

根据表1所示的聚合目标程度喂食BNHEMA;mBG的合成过程如图1所示。 首先,利用四环烷酸二硫二甲苯二甲酸作为链转移剂,在水二恶烷系统中采用可逆添加-碎片链转移(RAFT)方法制备BNHEMA同质聚酯。其次,PBNHEMA作为链转移剂,制备BNHEMA-b-APMA块聚合物。APMA单体根据表1所示的聚合目标程度进行喂食。进行了凝胶渗透色谱(GPC),以检测不同进给比的BA分子量(<s…

Discussion

本研究介绍了一系列BNHEMA-b-APMA块状聚合物阳离子基因载体。这些块状聚合物是通过可逆的添加-碎片链转移(RAFT)方法合成的。引入亲水段BNHEMA以提高溶解度。对美氨酸和瓜尼丁组进行了改造,以提高靶能力和转染效率5.MBG共聚物中的APMA链含量增加,核化减少了mBG/pDNA聚体颗粒尺寸。颗粒大小和表面电位使复合物易于穿过细胞膜,适用于转染。实验的关键在于严格控制BNHEMA单体和CTP的摩…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

这项研究得到了国家重点研究发展计划(2016YFC0905900号)、国家自然科学基金(第81801827号、81872365号)、江苏省基础研究计划(自然科学基金,No.BK20181086)和江苏省肿瘤医院科研基金(No.ZK201605)。

Materials

1-hydroxybenzotriazole Macklin Biochemical Co., Ltd,China H810970 ≥97.0%
1,4-dioxane Sinopharm chemical reagent Co., Ltd, China 10008918 AR
1-amidinopyrazole Hydrochloride Aladdin Co., Ltd., China A107935 98%
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride Aladdin Co., Ltd., China E106172 AR
4,4’-azobis(4-cyanovaleric acid) Aladdin Co., Ltd., China A106307 Analytical reagent (AR)
4-cyano-4-(phenylcarbonothioylthio)pentanoic Acid Aladdin Co., Ltd., China C132316 >97%(HPLC)
Acetate Sinopharm chemical reagent Co., Ltd, China 81014818 AR
Acetone Sinopharm chemical reagent Co., Ltd, China 10000418 AR
Agarose Aladdin Co., Ltd., China A118881 High resolution
Ascorbic acid Aladdin Co., Ltd., China A103533 AR
DMSO Aladdin Co., Ltd., China D103272 AR
Ethylene glycol Aladdin Co., Ltd., China E103319 AR
N-(3-aminopropyl)methacrylamide hydrochloride Aladdin Co., Ltd., China N129096 ≥98.0%(HPLC)
N,N-bis(2-hydroxyethyl)methacrylamide ZaiQi Bio-Tech Co.,Ltd, China CF259748 ≥98.0%(HPLC)
Ninhydrin Aladdin Co., Ltd., China N105629 AR
PBS buffer Aladdin Co., Ltd., China P196986 pH 7.4
Plasmid DNA BIOGOT Co., Ltd, China pDNA-EGFP pDNA-EGFP
Plasmid DNA BIOGOT Co., Ltd, China Pdna pDNA
Sodium carbonate decahydrate Aladdin Co., Ltd., China S112589 AR
Trimethylamine Aladdin Co., Ltd., China T103285 AR

References

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Citer Cet Article
Wu, Y., Zhang, W., Zhang, J., Mao, Z., Ding, L., Li, H., Ma, R., Tang, J. Methionine Functionalized Biocompatible Block Copolymers for Targeted Plasmid DNA Delivery. J. Vis. Exp. (150), e58527, doi:10.3791/58527 (2019).

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