聚乙二醇化学修饰的聚乙烯亚胺衍生物的制备及其细胞毒性研究

目的:合成聚乙二醇(PEG)化的聚乙烯亚胺衍生物(PEI-Et)基因输送载体PET 1和PET 2,并考察两个载体材料在He La细胞、MCF-7细胞中的细胞毒性及在He La细胞中的转染效率。方法:将亚乙基二氯甲酸酯与PEI 800 Da交联制备成交联PEI衍生物PEI-Et,进一步将PEI-Et与聚乙二醇(PEG)以不同摩尔比例(1:1,2:1)交联连接,得到PEG化的PET 1和PET 2。采用MTT法检测PEI-Et、PET 1、PET 2对He La细胞、MCF-7细胞的细胞毒性。检测单位质量的荧光强度测定转染效率。结果:PET的细胞毒性随浓度增大而增大,在同一浓度下PET的细胞毒性小于PEI 25 KDa(P0.01);并且与DNA复合后,复合物细胞毒性随质量比的增高而增大,在同一质量比下PET的细胞毒性小于PEI 25 KDa(P0.01),特别是PET 1。并且最佳比例时,PET 1的转染活性最高。结论:作为非病毒基因载体,PET 1具有高的转染效率及低的细胞毒性。     

交联聚乙烯亚胺衍生物的构建及其转染COS-7 细胞的研究

目的:优化构建交联聚乙烯亚胺(Polyethylenemine,PEI)衍生物PEI-Bu,研究其对非洲绿猴肾成纤维细胞系(COS-7)的转染活性和细胞毒性。方法:以PEI 800Da为骨架,1,4-丁二醇二氯甲酸酯为连接剂制备聚合物PEI-Bu,琼脂糖凝胶电泳考察其复合质粒DNA的能力,MTT法检测PEI-Bu对COS-7的毒性,以荧光素酶质粒作为报告基因,测定PEI-Bu/DNA复合物在COS-7细胞的转染活性。结果:凝胶电泳表明PEI-Bu/DNA在质量比大于1时即具有复合DNA的能力,PEI-Bu的细胞毒性随浓度增大而增大,在同一浓度下PEI-Bu的细胞毒性小于PEI 25kDa,(P<0.05),PEI-Bu/DNA在质量比为5时达到最高转染活性,高于PEI 25kDa(P<0.01),并与Lipofectamine2000相当(P>0.05)。结论:PEI-Bu在COS-7细胞中是一种低细胞毒性、高转染活性的非病毒基因载体(与商业化的PEI 25kDa比较),其在基因治疗领域中具有潜在的应用前景。     

新型阳离子基因传递载体PEI-PBLG的细胞转染研究

对新型阳离子聚合物PEI(10kD)-PBLG进行研究,重点考察其基因转染效率与细胞毒性,探讨其作为基因载体的可能性。通过粒径分析及扫描电镜(SEM)观察PEI(10kD)-PBLG与质粒pEGFP自组装形成的颗粒形态及粒径,预测其进入细胞的可能性。使用MTT比色法分析PEI(10kD)-PBLG、PEI(25kD)-PBLG、PEI(10kD)和PEI(25kD)的细胞毒性差异。选用表达增强型绿色荧光蛋白的质粒pEGFP作为报告基因模型,将其与PEI(10kD)-PBLG自组装后,分别转染真核细胞株Hela、COS-7、Vero-E6和ECV304,应用流式细胞术检测细胞转染效率,并比较了血清、缓冲液、细胞谱等多种因素对基因转染效率的影响。PEI(10kD)-PBLG可包裹质粒形成粒径100~120nm的纳米复合物,适合介导质粒进入细胞。该纳米粒复合物对转染缓冲液的敏感度较低,并能够在10%血清存在的条件下,转染全部实验用细胞株,尤其对Hela的转染效率最高,其次是COS-7、Vero-E6和ECV304;其中PEI-PBLG(10kD)/pEGFP复合物转染Hela细胞的比率为45.02%,高于PEI(10kD)/pEGFP的29.16%;PEI(10kD)-PBLG的细胞毒性作用显著低于PEI(25kD)、PEI(10kD)和PEI(25kD)-PBLG。新型阳离子多聚物PEI(10kD)-PBLG在提高PEI介导的基因转染效率的同时降低了其细胞毒性,提高了生物相容性,有望成为基因转移的有效载体。     

低分子量聚乙亚胺介导的基因转染系统及动物皮肤组织基因转染试验

将带有绿色荧光蛋白(GFP)报告基因的真核表达质粒与阳离子聚合物聚乙亚胺(PEI)结合,用肝癌细胞株CM7221实验,研究其转染效率及可能引起的细胞毒性;进一步用此PEI/DNA复合物转染小鼠皮肤组织,通过报告基因检测,研究转染基因的表达位置及持续表达时间。结果发现,低分子量PEI介导的细胞转染效率最高可达55%,转染效率与PEI结构无关,但是随着分子量的增加,转染活性略有下降。同时,随着分子量的增加,PEI对细胞的毒性也相应的加大;动物皮肤转染实验显示,转染24h后,GFP基因在皮肤组织的毛囊、汗腺、皮脂腺等处高效表达,表达可持续7天。表明低分子量PEI是低毒性、高转染效率的有用非病毒转染载体,能够在动物皮肤组织中进行基因转移,这对皮肤疾病的基因治疗具有潜在的应用价值。     

低分子量聚乙亚胺介导的基因转染系统及动物皮肤组织基因转染试验

将带有绿色荧光蛋白(GFP)报告基因的真核表达质粒与阳离子聚合物聚乙亚胺(PEI)结合,用肝癌细胞株CM7221实验,研究其转染效率及可能引起的细胞毒性;进一步用此PEI／DNA复合物转染小鼠皮肤组织,通过报告基因检测,研究转染基因的表达位置及持续表达时间。结果发现,低分子量PEI介导的细胞转染效率最高可达550%,转染效率与PEI结构无关,但是随着分子量的增加,转染活性略有下降。同时,随着分子量的增加,PEI对细胞的毒性也相应的加大;动物皮肤转染实验显示,转染24h后,GFP基因在皮肤组织的毛囊、汗腺、皮脂腺等处高效表达,表达可持续7天。表明低分子量PEI是低毒性、高转染效率的有用非病毒转染载体,能够在动物皮肤组织中进行基因转移,这对皮肤疾病的基因治疗具有潜在的应用价值。     

新型PEI衍生物对基因沉默作用的研究

目的:构建出一种新型的高效的非病毒基因输送材料.方法:利用1,4-丁二醇二氯甲酸酯连接小分子PEI,合成新型的PEI衍生物(dPEI),通过体外COS-7和HSC细胞实验检测其对质粒和siRNA的输送情况.结果;COS-7细胞实验显示,dPEI具有高效输送质粒的能力,其转染效率是对照组PEI 25 kDa的10倍以上;同时,HSC细胞实验进一步证实dPEI包裹siRNA转染具有一定的基因沉默作用.结论:本研究合成的新型PEI衍生物既可以用于质粒基因的转染,也可用于siRNA的转染,是一种新型的高效的非毒基因输送材料.     

慢病毒介导的大鼠肝BRL-3A 细胞Tmub1 基因沉默及稳定感染细胞 系的建立

目的:构建Tmub1基因慢病毒干扰载体,建立稳定转染细胞系,检测大鼠肝BRL-3A细胞中Tmub1基因表达的干扰效果。方法:设计并构建4对针对大鼠Tmub1基因的特异性shRNA干扰质粒,酶切鉴定、DNA测序所得质粒。将由pRSV-Rev、pMDLg-pRRE、pMD2G和pll3.7干扰质粒组成的包装系统共转染293T细胞,产生慢病毒。所得慢病毒感染大鼠正常肝细胞BRL-3A,Western Blot检测不同靶点RNAi后Tmub1蛋白表达情况,确定有效靶点。针对有效靶点大量包装慢病毒。测定病毒滴度并以最适感染复数(multiplicity of infection,MOI)感染BRL-3A细胞后,G418抗生素筛选稳定感染细胞系BRL-3A/256。RT-PCR和Western Blot检测各组细胞Tmub1 mRNA和蛋白质的表达差异。结果:结果显示Tmub1 RNAi慢病毒载体构建成功,C0020Sh2-Hops-256干扰靶点RNAi效果最强。成功包装Tmub1基因RNAi慢病毒,测定病毒滴度为2.3×108TU/ml,对293T细胞的最适感染复数为60。成功建立Tmub1 RNAi慢病毒载体稳定感染细胞系BRL-3A/256,且在该细胞系中Tmub1 mRNA和蛋白质表达明显降低。结论:成功构建Tmub1 RNAi慢病毒载体,有效干扰BRL-3A细胞中Tmub1 mRNA和蛋白表达;成功筛选出Tmub1RNAi慢病毒稳定感染细胞系BRL-3A/256。     

聚乙烯亚胺包裹小环DNA形成的纳米颗粒传输外源基因的性质表征

聚乙烯亚胺(PEI)是一种具有良好生物安全性和生物相容性的非病毒载体,能高效转染肿瘤细胞。小环DNA是一种去除质粒细菌骨架,只含有目的基因表达框的环状DNA分子。与普通质粒相比,小环DNA具有表达效率高、持续时间长的优势。使用PEI包裹携带报告基因gfp和抑癌基因pten小环DNA载体,并利用各种技术手段分析了该传输系统的理化性质和生物学效应。凝胶阻滞实验、电镜实验及MTT实验分析结果表明利用PEI包裹小环DNA和质粒DNA体系性质无显著的差别,并且2种复合物对细胞毒性亦无明显差别;但是动态光散射实验结果显示由于PEI可以包裹更多数量的小环DNA,所以PEI包裹小环DNA形成的复合物粒径要略大于包裹质粒DNA形成的复合物粒径。荧光显微镜实验、real-time PCR分析和Western blotting分析结果表明,PEI包裹小环DNA形成的复合物对细胞的转染效率要远远高于PEI包裹质粒DNA所形成的复合物,并且小环所携带的外源基因的表达效率要远远高于质粒DNA所携带的外源基因的表达效率。实验结果表明,PEI包裹小环DNA形成的纳米颗粒在细胞转染过程中具有很高的表达效率,这一研究结果为PEI包裹小环DNA的非病毒载体系统在传输外源基因过程中的应用提供理论基础和技术支持。     

PEG修饰的聚阳离子基因载体PEG-Polycarbam-SP在COS-7细胞中转染和毒性的研究

目的：寻找一种转染效率高,细胞毒性低的非病毒基因载体,研究以人体内源性精胺为单体,以乙二醇二氯甲酸酯作为连接剂,以聚乙二醇（PEG）作为亲水基团连接剂合成亲水修饰聚阳离子载体PEG-Polycarbam-SP的基因担载效率,以及对非洲绿猴肾癌细胞COS-7的转染活性和细胞毒性的影响。方法：琼脂糖凝胶电泳方法考察复合物的基因担载效率,检测基因复合物的粒径和电位,以荧光素酶质粒为报告基因,研究PEG-Polycarbam-SP/DNA的复合物在COS-7细胞的转染活性,用MTT方法研究PEG-Polycarbam-SP对COS-7细胞的毒性。结果：聚合物与质粒在质量比5以后形成的复合物粒径稳定在50nm左右,Zate电位在20mV左右。COS-7细胞实验显示PEG-Polycarbam-SP具有低于PEI 25kDa的细胞毒性,同时也具有高效输送DNA的能力。结论：PEG-Polycarbam-SP是一种新型的高效、低毒,在基因治疗领域有潜在应用价值的非病毒基因输送载体。     

CHO-K1细胞中基因瞬时转染的条件优化

目的:以CHO-K1细胞为宿主基因瞬时转染条件的优化.方法:以GFP(Green Fluorescence Protein)为报告基因,考察了DNA∶PEI比例、DNA用量及血清的加入对CHO-K1细胞的转染效率和细胞数目的影响.结果:DNA∶PEI=1∶2(w/w)、2 gDNA/106 cells时,转染结果最优;血清的加入可降低细胞转染效率.结论:在CHO-K1细胞中进行瞬时转染的最佳条件为DNA∶PEI=1∶2(w/w)、2 gDNA/106 cells,及血清的加入抑制细胞转染.     

Delivery of Therapeutic AGT shRNA by PEG-Bu for Hypertension Therapy

Gene silencing by RNA interference (RNAi) is a promising approach for gene therapy. However, up to today, it is still a major challenge to find safe and efficient non-viral vectors. Previously, we reported PEI-Bu, a small molecular weight PEI derivative, as an efficient non-viral carrier. However, like many PEI-based polymers, PEI-Bu was too toxic. In order to reduce cytotoxicity while maintain or even enhance transfecion efficiency, we modified PEI-Bu with poly(ethylene glycol) (PEG) to obtain PEG-Bu, and used it to delivery a theraputic short hairpin RNA (shRNA) targeting angiotensinogen (AGT) to normal rat liver cells (BRL-3A), which was a key target for the treatment of hypertension. The structure of PEG-Bu was confirmed by proton nuclear magnetic resonance (¹H-NMR). Gel permeation chromatography (GPC) showed that the weight average molecular weight (Mw) of PEG-Bu was 5880 Da, with a polydispersity of 1.58. PEG-Bu could condense gene cargo into spherical and uniform nanoparticles with particle size (65–88 nm) and zeta potential (7.3–9.6 mV). Interestingly and importantly, PEG-Bu displayed lower cytotoxicity and enhanced tranfection efficiency than PEI-Bu after PEGylation in both normal cells BRL-3A and tumor cells HeLa. Moreover, PEG-Bu could efficiently delivery AGT shRNA to knockdown the AGT expression. To sum up, PEG-Bu would be a promising non-viral vector for delivering AGT shRNA to BRL-3A cells for hypertension therapy.     

新型聚乙烯亚胺衍生物在COS-7细胞中转染和毒性的研究

目的：研究以乙二醛为连接剂的聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine,PEI）衍生物Polyimine-PEI对非洲绿猴肾癌细胞COS-7的转染活性和细胞毒性的影响。方法：以荧光素酶质粒为报告基因,研究高分子与DNA的复合物在COS-7细胞的转染活性,用MTT方法研究高分子对COS-7细胞的毒性。结果：COS-7细胞实验显示,Polyimine-PEI具有很低细胞毒性,其毒性显著低于PEI25kDa,同时也具有高效输送质粒的能力。结论：Polyimine-PEI是一种新型的高效,低毒在基因治疗领域有相当前景的非病毒载体。     

疏水修饰聚阳离子高分子SP-Chol在COS-7细胞中转染和毒性的研究

目的：研究以精胺为单体,以乙二醇二氯甲酸酯作为连接剂,以胆固醇氯甲酸酯作为疏水基团连接剂合成的疏水修饰聚阳离子高分子SP-Chol对非洲绿猴肾癌细胞COS-7的转染活性和细胞毒性的影响。方法：以荧光素酶质粒为报告基因,研究SP-Chol与DNA的复合物在COS-7细胞的转染活性,用MTT方法研究SP-Chol对COS-7细胞的毒性。结果：COS-7细胞实验显示,SP-Chol具有低于PEI 25kDa的细胞毒性,同时也具有高效输送DNA的能力。结论：SP-Chol是一种新型的高效、低毒,在基因治疗领域有潜在应用价值的非病毒基因输送载体。     

Synergistic effect of polyethylenimine and cationic liposomes in nucleic acid delivery to human cancer cells

Polyethylenimine (PEI) and other polycations are good vehicles for transferring genes into the cells. In earlier reports, poly-L-lysine and protamine have been shown to improve gene delivery with cationic liposomes. In this study, PEI, combined with different cationic liposomes, was studied to determine the optimal conditions for gene delivery. The reporter genes, luciferase and green fluorescent protein, were used to transfect human HeLa, HepG2 and hepatoma 2.2.15 cells with various combinations of PEIs (0.8 and 25 kDa), poly-L-lysine (15-30 kDa), protamine and cationic liposomes. The highest expression level was achieved by using the combination of PEI 25 kDa (0.65 microg/microg of DNA, nitrogen-to-DNA phosphate (N/P) ratio=4.5) with 10 nmol of DOTAP-cholesterol (DOTAP-Chol, 1:1 w/w). This DNA complex formulation dramatically increased the luciferase expression 10- to 100-fold, which was much higher than those of other polycations alone, cationic liposomes alone or the combination. In addition, PEI/DOTAP-Chol combination had little cytotoxicity than DOTAP-Chol or other cationic liposomes alone. The effect of oligonucleotide (ODN) delivery facilitated by PEI and cationic liposomes was also studied in the hepatoma cell lines. We demonstrated an antisense ODN of p53 delivered by PEI/DOTAP-Chol combination effectively inhibited the biosynthesis of p53 protein in HepG2 (68% inhibiton) and 2.2.15 cells (43% inhibition). Thus, the large PEI could synergistically increase the transfection efficiency when combined with the cationic liposomes.     

新型聚乙烯亚胺衍生物在COS-7 细胞中转染和毒性的研究

目的:研究以乙二醛为连接剂的聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)衍生物Polyimine-PEI对非洲绿猴肾癌细胞COS-7的转染活性和细胞毒性的影响。方法:以荧光素酶质粒为报告基因,研究高分子与DNA的复合物在COS-7细胞的转染活性,用MTT方法研究高分子对COS-7细胞的毒性。结果:COS-7细胞实验显示,Polyimine-PEI具有很低细胞毒性,其毒性显著低于PEI25kDa,同时也具有高效输送质粒的能力。结论:Polyimine-PEI是一种新型的高效,低毒在基因治疗领域有相当前景的非病毒载体。     

靶向大鼠β-catenin基因的shRNA真核表达质粒的构建与筛选

目的构建靶向β-连环蛋白（β-catenin）基因的shRNA的真核表达质粒,并筛选出沉默β-catenin基因效果最明显的shRNA表达质粒。方法设计3对针对β-catenin基因不同位点的shRNA片段,构建携带此shRNA片段的真核表达质粒（shRNA1—3）并行测序分析,电穿孔转染神经干细胞（neural stem cells NSCs）,测定转染率,并分别采用RT—PCR及Western印迹检测β-catenin mRNA和蛋白表达情况,免疫组化方法检测shRNA对神经干细胞分化的影响。结果构建靶向β-catenin基因的shRNA真核表达重组质粒shRNA1,2,3。经筛选,NSCs转染shRNA3后,B—catenin RNA水平和蛋白水平均明显低于阴性对照组和空白对照组（0．08±0．00 vs 0．75±0．01,0．74±0．02;0．12±0．10,vs 0．56±0．02,0．65±0．01,P均〈0．01;与空白组和阴性对照组相比,shRNA3组NSCs分化为GFAP阳性细胞的百分率明显增加,分化为NSE阳性细胞的百分率明显减少（P〈0．05）。结论β—catenin RNA3对神经干细胞的β—catenin表达具有明显抑制作用,可影响细胞的分化。为研究wnt／β-catenin信号途径在NSCs生长分化中的作用奠定基础。     

新型聚乙烯亚胺衍生物在Hep G2 细胞中转染和毒性的研究

目的:研究以对苯二甲醛( Terephthalaldehyde)为连接剂的聚乙烯亚胺(Polyethyleneimine,PEI)衍生物PEI-Tp对肝癌细胞Hep G2的转染活性和细胞毒性的影响.方法:以荧光素酶质粒作为报告基因,研究高分子和DNA的复合物在Hep G2细胞中的转染活性,用MTT的方法研究高分子对Hep G2细胞的毒性.结果:Hep G2细胞转染结果显示构建的聚乙烯亚胺衍生物PEI-Tp具有高效输送质粒的能力;细胞毒性结果显示PEI-Tp随着浓度的增加,其毒性显著低于PEI25 kDa.结论:Hep G2细胞实验数据显示PEI-Tp是一种高效、低毒,在基因治疗领域有相当前景的非病毒载体.     

Chitosan-Graft-Polyethylenimine/DNA Nanoparticles as Novel Non-Viral Gene Delivery Vectors Targeting Osteoarthritis

The development of safe and efficient gene carriers is the key to the clinical success of gene therapy. The present study was designed to develop and evaluate the chitosan-graft-polyethylenimine (CP)/DNA nanoparticles as novel non-viral gene vectors for gene therapy of osteoarthritis. The CP/DNA nanoparticles were produced through a complex coacervation of the cationic polymers with pEGFP after grafting chitosan (CS) with a low molecular weight (Mw) PEI (Mw = 1.8 kDa). Particle size and zeta potential were related to the weight ratio of CP:DNA, where decreases in nanoparticle size and increases in surface charge were observed as CP content increased. The buffering capacity of CP was significantly greater than that of CS. The transfection efficiency of CP/DNA nanoparticles was similar with that of the Lipofectamine™ 2000, and significantly higher than that of CS/DNA and PEI (25 kDa)/DNA nanoparticles. The transfection efficiency of the CP/DNA nanoparticles was dependent on the weight ratio of CP:DNA (w/w). The average cell viability after the treatment with CP/DNA nanoparticles was over 90% in both chondrocytes and synoviocytes, which was much higher than that of PEI (25 kDa)/DNA nanoparticles. The CP copolymers efficiently carried the pDNA inside chondrocytes and synoviocytes, and the pDNA was detected entering into nucleus. These results suggest that CP/DNA nanoparticles with improved transfection efficiency and low cytotoxicity might be a safe and efficient non-viral vector for gene delivery to both chondrocytes and synoviocytes.