上海交大Angew. Chem. Int. Ed.：交聯的核酸納米凝膠用于有效的siRNA遞送和抗腫瘤治療

【引言】

RNA干擾（RNAi）技術是通過改變siRNA序列來抑制基因表達并治療難治性疾病的工具。然而，無毒有效的siRNA遞送載體的缺乏阻礙了RNAi療法的臨床應用。在過去的幾十年中，基因遞送在開發病毒和非病毒載體方面取得了巨大進展，但仍然存在重大挑戰。病毒載體可以有效地轉染帶有靶基因的細胞，但其免疫原性和致突變毒性存在極大的隱患。非病毒載體（例如：膠束、脂質體、和無機納米粒子）可以在體外和體內傳遞siRNAs，卻也面臨著效率和安全性問題。作為最常用的非病毒載體，膠束和脂質體由陽離子聚合物和脂質組成，可以通過靜電相互作用有效地壓縮siRNA并將它們遞送到靶細胞中，所獲得的基因沉默功效與這些載體的陽離子性質密切相關。載體的陽離子電荷越高，越能有效地將siRNA縮合并隨后使靶基因的表達沉默，但是隨著陽離子材料的毒性增強也會出現嚴重的副作用。此外，陽離子納米顆粒可與血漿中帶負電荷的蛋白質產生強烈的相互作用，導致納米載體不穩定和循環中的快速清除，降低了RNAi的治療功效。因此，尋求siRNA遞送載體還有漫長的道路。

【成果簡介】

近日，上海交通大學張川特別研究員（通訊作者）等人研究發現了交聯的核酸納米凝膠用于有效的siRNA遞送和抗腫瘤治療。功能性siRNAs被用作交聯劑以引導DNA連接聚己內酯（DNA-g-PCL）刷的自組裝，通過核酸雜交形成納米級球形水凝膠，其中siRNA被完全包被并用于全身性遞送。由于內部存在多價相互交聯，尺寸可調的交聯納米凝膠不僅具有良好的熱穩定性，而且具有顯著的生理穩定性，能夠抵抗酶降解。作為具有球形核酸（SNA）結構的新穎的siRNA遞送系統，交聯的納米凝膠可協助將siRNAs遞送到不同的細胞中，并且在體外和體內均實現有效基因沉默，達到抗癌治療中的腫瘤生長抑制。該成果以“A Crosslinked Nucleic Acid Nanogel for Effective siRNA Delivery and Antitumor Therapy”為題于2018年2月22日發表在期刊Angewandte Chemie-International Edition上。

【圖文導讀】

圖1. 納米凝膠的細胞攝取和表征

A）通過0.5％瓊脂糖凝膠電泳表征納米凝膠；

B）納米凝膠的AFM圖像；

C）不同尺寸的納米凝膠的DLS分析；

D）在不同培養時間下，FAM標記的siRNA-L和納米凝膠的細胞攝取的流式細胞術分析（FAM濃度：3μm）；

E）在不同時間用FAM標記的siRNA-L培養的HeLa細胞和納米凝膠的CLSM圖像，細胞核用DAPI染色（比例尺為30 μm；FAM濃度：3μm）。

圖2. 體外基因沉默

A）用不同劑量的nanogel-siEGFP培養的U2OS?EGFP細胞的流式細胞熒光強度；

B）用不同劑量的納米凝膠-siEGFP轉染的U2OS?EGFP細胞的熒光顯微鏡圖像（比例尺為100 μm）；

C）用含抗EGFP siRNA（濃度為100nm）的不同制劑處理后，U2OS?EGFP細胞中EGFP表達的蛋白質印跡分析；

D）用含抗PLK1 siRNA（濃度為100nm）的不同制劑處理后，MDA-MB-231細胞中PLK1表達的蛋白質印跡分析。

圖3.體內基因沉默和體內抗腫瘤活性

A）靜脈注射抗PLK1 siRNA的不同制劑后，記錄MDA-MB-231異種移植荷瘤小鼠的腫瘤體積（每組n = 3）；

B）在第12天收獲的腫瘤的圖像。1-5分別為：鹽水、裸露的siPLK1、納米凝膠-SiScram、lipo2000-siPLK1、納米凝膠-SiPLK1（比例尺為1cm）；

C）最后一次注射后24小時收集腫瘤組織，腫瘤組織中PLK1蛋白質表達的蛋白質印跡分析；

D）裸體siPLK1、Lipo2000-siPLK1、Nanogel-siPLK1的藥代動力學，用FAM標記siRNA。

E）分別用Cy5.5標記的裸露siPLK1、Lipo2000-siPLK1、Nanogel-siPLK1處理的小鼠，注射后24小時小鼠不同組織的熒光圖像。 1-6分別為：腫瘤、心臟、肝臟、脾臟、肺臟、腎臟。

【小結】

研究通過將DNA連接到PCL骨架上合成完全水溶性的DNA-g-PCL刷，通過核酸雜交進一步組裝交聯的納米凝膠。它具有可調整的尺寸、良好的生理穩定性，包被siRNA的納米凝膠表現出對RNA酶降解的抵抗力，可增強的細胞攝取以及更有效地將siRNA遞送至腫瘤位點，實現體外和體內有效的基因沉默。除了PLK1之外，通過簡單地改變siRNA序列，可以使用這種新的遞送系統來調節其他疾病相關基因。此外，還可將功能性核酸（例如，miRNA，mRNA，長非編碼RNA），蛋白質和活性靶向配體引入交聯納米凝膠中以擴展其能力或改善生物醫學應用。

文獻鏈接：A Crosslinked Nucleic Acid Nanogel for Effective siRNA Delivery and Antitumor Therapy?（Angew. Chem. Int. Ed.，2018，DOI: 10.1002/anie.201711242）

本文由材料人編輯部生物材料組Meadow供稿，材料牛整理編輯。

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