基因治療是攻克威脅人類健康的重大疾病

基因是具有遺傳效應(yīng)的 DNA 片段，基因治療就是通過(guò)糾正患病細(xì)胞缺陷基因或者調(diào)控轉(zhuǎn)化細(xì)胞內(nèi)特定蛋白因子的表達(dá)而發(fā)揮作用，它被認(rèn)為是攻克威脅人類健康的重大疾病，如癌癥、帕金森癥等應(yīng)用前景的治療手段。
基因治療構(gòu)造的核酸分子在遞送過(guò)程中非常容易被對(duì)應(yīng)的DNA酶降解，因此要用基因載體將目的基因包裹起來(lái)，防止被酶降解，被包裹的基因到達(dá)細(xì)胞質(zhì)之后，基因載體還應(yīng)將核酸分子釋放出來(lái)，讓其表達(dá)。
高分子量聚陽(yáng)離子是目前應(yīng)用的基因載體之一，但其高細(xì)胞毒性限制了它的臨床應(yīng)用，且其本身帶有大量正電荷，在人體血清中容易吸附帶負(fù)電的血清蛋白發(fā)生聚集，從而被排出體外。目前，缺乏、低毒的基因載體材料已成為基因治療的zui大障礙之一，但其研究一直進(jìn)展緩慢。
小分子聚乙烯亞胺，其轉(zhuǎn)化細(xì)胞毒性低，且廉價(jià)易得，在核酸載體應(yīng)用方面受到越來(lái)越多的關(guān)注。但是，此前聚乙烯亞胺在干細(xì)胞和原代細(xì)胞中轉(zhuǎn)染效率極低，因此無(wú)法滿足基因治療的載體要求。
研究發(fā)現(xiàn)，小分子聚陽(yáng)離子的轉(zhuǎn)染效率明顯低于其對(duì)應(yīng)的高分子量聚陽(yáng)離子，這很大程度上是因?yàn)樗鼈儗?duì) DNA 的作用力不夠強(qiáng)，壓縮 DNA 不夠緊密。研究人員隨后在小分子聚乙烯亞胺上修飾一種生物體內(nèi)可還原的鋅配位二甲基吡啶胺(Zn-DPA)衍生物，得到安全的聚合物Zn-PD。
人體 DNA 中含有大量磷酸酯組分，與Zn-DPA衍生物具有非常強(qiáng)的相互作用，用Zn-DPA衍生物修飾小分子聚乙烯亞胺，得到的Zn-PD作為基因載體可以有效增強(qiáng)DNA壓縮能力；另一方面，細(xì)胞膜包含大量的磷脂雙分子層，與Zn-DPA衍生物之間的強(qiáng)相互作用可以促進(jìn)復(fù)合物的細(xì)胞內(nèi)吞，這大大提升了Zn-PD轉(zhuǎn)染率。
該研究還發(fā)現(xiàn)，Zn-DPA不僅在常規(guī)轉(zhuǎn)化細(xì)胞系，還在干細(xì)胞和原代細(xì)胞中展現(xiàn)出高于商業(yè)化轉(zhuǎn)染試劑Xfect和PEI25k 1-2個(gè)數(shù)量級(jí)的轉(zhuǎn)染效率。該方法成功將廉價(jià)的小分子聚乙烯亞胺轉(zhuǎn)化為低毒的核酸載體材料，并且對(duì)其它類別的聚陽(yáng)離子載體材料修飾具有重要的借鑒意義。