東京大學&九州大學&川崎工業振興研究所J. Am. Chem. Soc.：自組裝聚離子復合物囊泡用于RNAi和大分子貨物的共同遞送

biotech 5年前 (2019-02-24) 3706瀏覽

【引言】

聚合物囊泡具有獨特中空結構和可控調節的膜結構，因而聚合物囊泡已被設計用于細胞模擬物、納米/微反應器以及藥物遞送載體等。目前，疏水性蛋白質如通道蛋白質和酶可以嵌入疏水性聚合物囊泡膜中，分別用于控制膜滲透性和催化反應。然而，在囊泡膜中有效且穩定地嵌入強親水性或帶電荷的生物活性大分子仍然是一個巨大的挑戰。一種解決辦法是將生物活性大分子作為自組裝的結構基元而不是簡單的包載物來制備聚合物囊泡，將此種方法用于帶電生物活性大分子的囊泡自組裝是非常合理的，不僅能夠獲得具有高負載效率的熱力學穩定的囊泡，還可以通過適當調節膜穩定性實現位點特異性釋放。小干擾RNA（siRNA）是一種常見的帶負電生物活性大分子，由于其序列特異性基因沉默活性即RNA干擾（RNAi），近幾十年來受到了廣泛的研究關注。然而基于內在脆弱和帶負電性質的阻礙，siRNA的細胞內化需要載體遞送來實現。

【成果簡介】

近日，東京大學Kanjiro Miyata教授、九州大學Akihiro Kishimura教授與川崎工業振興研究所Kazunori Kataoka研究員合作，首次使用強電荷、剛性siRNA作為自組裝結構基元來制備囊泡，并通過分析囊泡的大小、表面電荷、形貌和離聚物組成等方面驗證了基于siRNA的聚離子復合物囊泡的形成。然后廣泛地考察了siRNA基聚合物囊泡的結構特征，還證明了siRNA基聚合物囊泡向培養細胞遞送siRNA的潛力，為siRNA與其他親水性生物活性大分子的共同遞送提供了一個多功能的平臺。該成果以題為" Self-Assembly of siRNA/PEG?b?Catiomer at Integer Molar Ratio into 100 nm-Sized Vesicular Polyion Complexes (siRNAsomes) for RNAi and Codelivery of Cargo Macromolecules "發表在國際著名期刊J. Am. Chem. Soc.上。

【圖文導讀】

圖1 聚離子復合物囊泡的形成和腔體中大分子貨物的包覆示意圖

圖2 聚離子復合物囊泡的流體動力學直徑和Zeta電位隨N/Pfeed的變化

圖3 基于siRNA的聚離子復合物囊泡的橫截面TEM圖像

(a) N/Pfeed為1.4時聚離子復合物囊泡的橫截面TEM圖像；

(b) N/Pfeed為2.2時聚離子復合物囊泡的橫截面TEM圖像。

圖4 在兩種siRNAsomes狀態下聚離子復合物囊泡膜的示意圖

圖5 在不同[GA]/[NH2]比例下交聯siRNAsomes的血清耐受性

圖6 siRNA遞送能力評估

(a) 與由siLuc或siScr制備得到的siRNAsome樣品孵化48小時后，Huh-7-Luc細胞的相對發光強度；

(b) 與由Alexa488-siRNA制備得到的siRNAsome樣品孵化48小時后，Huh-7-Luc細胞的相對發光強度；

(c) 通過實時qRT-PCR測定得到的，A549細胞中交聯siRNAsomes在N/Pfeed為 2.2和[GA]/[NH2]為0.4條件下的內源基因沉默效率。

圖7 siRNAsome包覆親水性大分子及其細胞遞送

(a) 由FCS確定的TRITC-Dex的自相關曲線；

(b) 通過流式細胞術分析確定的A549細胞中游離TRITC-Dex和Dex@siRNAsomes的細胞攝取；

(c) 用Dex @ siRNAsomes孵化的A549細胞的CLSM圖像。

【小結】

本文中，作者首次成功獲得了100納米大小、單分散且其膜結構中包載了siRNA的聚合物囊泡。有趣的是，在表面電荷和膜厚度方面，可以清楚地觀察到兩種狀態的siRNA基聚合物囊泡，并進而證實對于由單分散、剛性大分子和柔性嵌段共聚物制備的聚合物囊泡，可以調節帶電對的整數摩爾比來獲得期望結構。而且，siRNA基聚合物囊泡被證明能夠在其腔內捕獲親水性大分子（TRITC-Dex）并穩定地將它們保持在生理條件下，同時將它們與siRNAs遞送進入培養細胞。基于這些獨特的特性，siRNA基聚合物囊泡可以用于在膜結構和內腔中包載各種類型的生物大分子，還有望作為多功能納米載體用于諸如多模態治療和治療診斷等方面。

文獻鏈接：Self-Assembly of siRNA/PEG?b?Catiomer at Integer Molar Ratio into 100 nm-Sized Vesicular Polyion Complexes (siRNAsomes) for RNAi and Codelivery of Cargo Macromolecules?(J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b13641)

 

本文由材料人生物學術組biotech供稿，材料牛審核整理。

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