用作基因传递系统的阳离子纳米载体的 细胞毒性及其机制研究进展

作为基因治疗中的非病毒基因载体,阳离子纳米载体可通过电荷作用与核酸类药物相结合,具有广阔的应用前景。然而,其细胞毒 性,主要表现为诱导细胞凋亡,限制了其临床开发与应用,也成为阳离子纳米载体研究所关注的重点。揭示和准确评价阳离子纳米载体的 细胞毒性及其机制,将有助于设计和开发更安全、更高效地用于基因传递的阳离子纳米载体。综述常用作基因传递系统的阳离子纳米载体 材料阳离子脂质体、聚乙烯亚胺、多聚赖氨酸、聚苯乙烯纳米粒以及其他阳离子聚合物的细胞毒性及其机制研究进展。     

不同表面电荷的阳离子脂质体对人外周血单核细胞活化和细胞活性的影响

本文研究不同表面电荷的阳离子脂质体对人单核细胞活化和细胞活性的影响。将携带不同表面电荷的阳离子脂质体与人外周血单核细胞共育24h,然后采用流式细胞术和酶联免疫吸附法分别检测单核细胞表型、细胞活性以及细胞因子的分泌水平。实验结果显示,不同表面电荷的阳离子脂质体不同程度地诱导单核细胞活化,并表达共刺激分子CD86和分泌肿瘤坏死因子α。脂质体活化单核细胞的能力依赖于其表面电荷的强度,电荷过高或过低均可削弱其单核细胞活化作用。此外,阳离子脂质体对单核细胞具有一定的细胞毒性作用,并呈电荷依赖性。降低脂质体的表面电荷可显著降低其细胞毒性。因此,调整阳离子脂质体的表面电荷对于增强脂质体的免疫促进作用并减轻其副反应具有重要意义。     

阳离子脂质体运载基因的跨膜机制

阳离子脂质体等非病毒载体以其制备简单、低毒性、低免疫原性、可生物降解等优点,成为近年来基因转运中的常用载体。理解阳离子脂质体运载基因的机制对阳离子脂质体的研究具有重要意义。从跨膜机制和信号调控的角度,介绍了脂质体/DNA复合体以特定构象避免细胞外基质中核酸酶的降解,跨越细胞膜进入细胞的过程;阐明了DNA在信号调控的作用下,逃离溶酶体并安全释放的机制;讨论了基因穿过核被膜进入到细胞核的方式,为进一步阐明阳离子脂质体运载基因的分子机制奠定基础。     

用于转基因的阳离子脂质体

通过直接导入外源基因来治疗人类疾病的方法需要一种有效、安全并且可重复进行的载体,阳离子脂质体是基本满足这些条件的有限几种载体中的一员. 目前已经有十几种阳离子脂质体. 这些脂质体通过外周的电荷与DNA相结合,静电吸引形成复合物在与细胞膜相互作用后,通过细胞的内吞或融合作用使复合物进入细胞内,从而将外源基因导入细胞,这种DNA传递技术的有效性和安全性已经确立. 二例利用阳离子脂质体的人体基因治疗临床试验也已开始实施,将来会有更多的临床试验得到开展,阳离子脂质体在基因治疗领域有较好的前景.     

一种可降解的阳离子聚合物基因转染试剂

目的：合成一种高效、低毒的新型阳离子聚合物载体。方法：以低分子量的聚乙烯亚胺（PEI）为阳离子聚合物的基本单位,以可水解的2,4-戊二醇二丙烯酸盐（PODOA）为交联剂,合成高分子聚合物。用DNA凝胶迟滞实验验证聚合物与DNA的亲和力,以绿色荧光蛋白基因和萤光素酶检测其基因转染效率,用聚合物凝胶电泳实验鉴定其降解性,以MTT法检测其细胞毒性。结果：聚合物具有高的DNA结合亲和力、高基因转染效率,基因转染后的萤光素酶活性高达3×10^9RLU／mg,其基因转染效率相当于甚至优于目前市售的转染试剂,而细胞毒性明显低于其他试剂。该聚合物在中性环境下可降解,而在酸性条件下非常稳定。结论：合成的聚合物具有高转染效率和低细胞毒性,可能在转染和基因治疗研究中起重要作用。     

蔗糖脂肪酸酯型阳离子脂质体的制备及基因转运性能研究

该文采用蔗糖脂肪酸酯(sucrose fatty acid esters,SEs)作为助脂质与季铵盐型阳离子脂质1,2-双-[N-十四烷氧酰胺乙基-N,N-二甲基碘化铵](CTA14)制备阳离子脂质体,测定了脂质体的粒径及Zeta电位,脂质体的平均粒径为210~230 nm,Zeta电位为50~65 mV。DNA延滞实验表明,蔗糖脂肪酸酯型脂质体能够有效压缩DNA。阳离子脂质体与绿色荧光蛋白基因(plasmid green fluorescent protein-N2,p GFP-N2)结合,形成脂质体/DNA复合物,通过载入人喉癌细胞(Hep-2)和人宫颈癌细胞(Hela),观察其转染效率和细胞毒性。结果表明,阳离子脂质与SEs以质量比1:1、2:1混合制备的脂质体均能高效转染Hep-2和Hela细胞。毒性实验显示,SEs对两种细胞的毒性很小,阳离子脂质单独存在时对癌细胞具有一定的细胞毒性,随着SEs加入量的增加,脂质体对的细胞毒性也明显减小。该文进一步证实了SEs能够作为助脂质用于基因载体系统进行基因转运。     

新型非病毒三元复合DNA载体的研究

基因治疗是未来临床医学最具潜力的治疗方式,目前阻碍临床基因治疗发展的主要因素是缺乏安全和高效的基因载体,因此研究理想的非病毒转基因载体具有重要的意义.构建了由质粒DNA(D)-抗DNA抗体(A)-阳离子脂质体(C)组成的三元复合纳米基因载体(DAC),研究表明,三组分在磷酸缓冲液中可通过分子组装形成复合纳米胶束,DAC在细胞培养中表现出显著高效的基因表达,DAC在血管平滑肌细胞中的基因转染效率比不含抗DNA抗体的二元组合(DC)高4倍,比不含阳离子脂质体的二元组合(DA)约高11倍.激光共聚焦荧光显微观察证明,DAC细胞摄取量和DNA进入细胞核的量均明显高于对照组,而DC二元组合(不含抗DNA抗体)的DNA很少进入细胞核,细胞在DAC存在下生长正常.未发现细胞毒性.研究结果提示,DAC的作用机理主要是三元复合胶束中DNA的装载量比二元载体大得多,抗DNA抗体与阳离子脂质体的协同作用明显有利于DNA被细胞摄取和胞吞,从而提高了基因的转染和表达.     

核酸载体lipopolyplex 的制备及细胞毒性研究

目的：为降低聚阳离子基因载体polyplex 的正电荷和毒性,在其表面构建中性磷脂膜制备lipopolyplex,并测定lipopolyplex 对小鼠结肠癌细胞CT26 和人乳腺癌细胞MCF-7 的细胞毒性。方法：采用PEI25KDa与DNA 复合制备polyplex,在polyplex 体系 中加入中性脂质体和SADGE 制备lipopolyplex。采用琼脂糖凝胶电泳考察lipopolyplex 对质粒DNA的包裹能力;采用激光粒度 仪和zeta 电位分析仪测定lipopolyplex 的粒径与zeta 电位;采用透射电镜观察lipopolyplex 的形态;采用CCK-8 试剂盒考察 lipopolyplex 对CT26和MCF-7 的细胞毒性。结果：琼脂糖凝胶电泳显示lipopolyplex 可以完全包裹质粒DNA;lipopolyplex 的粒 径在200 nm 左右,电位在-20 mV 左右;透射电镜下为较为规则的球状颗粒;lipopolyplex 在CT26 和MCF-7 细胞中的毒性明显 低于聚阳离子基因载体polyplex。结论：在polyplex 表面成功构建中性磷脂膜制备的lipopolyplex,可以完全的包裹DNA 并且细 胞毒性明显低于polyplex,在基因输送载体领域具有潜在应用价值。     

聚乙烯亚胺转基因影响因素的测定及其优化

聚乙烯亚胺 (PEI)为阳离子多聚物 ,可浓缩DNA形成纳米级颗粒 ,作为基因释放载体转染真核细胞 .选用Mr2 5 0 0 0 ,分枝状的聚乙烯亚胺转染质粒 ,比较多种转基因效率的影响因素 .通过MTT法测定PEI对COS 7细胞的细胞毒性 .利用电泳阻滞实验测定PEI与DNA形成复合物时所需的比例 .通过PEI转染增强型绿色荧光蛋白的pEGFP质粒、编码β 半乳糖苷酶的pSVβ质粒 ,探索氯喹、白蛋白、血清、盐离子浓度、质粒剂量、细胞数量等对聚乙烯亚胺转基因效率的影响 .实验发现 ,PEI对细胞的毒性作用与剂量相关 .PEI DNA的N P比在 3 0以上方可完全结合DNA .溶酶体抑制剂氯喹可增加转染效率 .培养液中的白蛋白、血清会降低转染效率 .生理盐溶液作为配制PEI DNA复合物的溶媒 ,转染效率高于 5 %葡萄糖作为溶媒 .随着转染质粒剂量的增加 ,转染效率呈剂量依赖正效应 .聚乙烯亚胺是有效的体外真核细胞转染剂 ,可用于合成更复杂的基因释放载体 .     

新型可降解PEI衍生物的表征及其在Brl-3A细胞中的毒性和转染研究

目的:对新型可降解高分子进行表征,研究其在Brl-3A细胞中的毒性和转染效率,以及连接剂比例对以上方面的影响。方法:通过化学方法合成不同比例PEI-Tr高分子,考察其包裹质粒DNA形成纳米颗粒的粒径和电位,以CCK-8方法考察Brl-3A细胞中的细胞毒性,以荧光素酶质粒为报告基因考察Brl-3A细胞中的转染效率。结果:PEI-Tr材料能形成200 nm以下带20 mV左右正电荷的纳米颗粒,具有较好的细胞内吞能力和溶液稳定性,细胞毒性实验证明,随着浓度增加PEI-Tr材料显示了远低于PEI-25kDa的细胞毒性,细胞转染实验表明其拥有高效输送质粒的能力。结论:PEI-Tr是一种高效低毒的可降解聚阳离子载体,在基因输送领域有很大的潜力;连接剂的比例在聚阳离子功能中起到重要作用。     

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。     

猪肾细胞脂质磁转染系统的构建与表征

磁性纳米基因载体是一种非病毒基因载体,经过功能性基团修饰后能够连接阳离子转染剂构建细胞转染系统。本文将磁转染技术结合常用的脂质体转染,形成了一种新型动物体细胞转染方法,即称脂质磁转染(Liposomal magnetofection,LMF)。这将为体细胞克隆培育转基因动物提供稳定遗传的细胞系。为构建脂质磁性纳米基因载体复合物系统,本研究利用一种磁性纳米基因载体通过分子自组装与脂质阳离子转染剂结合,用于携带外源基因转染动物体细胞。通过原子力显微镜(AFM)观测、ζ电位-粒度等分析表征手段,研究磁性纳米基因载体的形貌、粒径分布、负载及浓缩DNA的方式。结果表明,通过猪肾(PK)细胞的LMF实验,与脂质体(Lipofectamine2000)介导的转染比较,具有较高的转染率,更重要的是克服了脂质体转染瞬时表达的缺陷。MTT细胞毒性试验结果也显示该方法具有较低的细胞毒性。因此LMF是一种切实可行的高效低毒性的细胞转染方法。     

阳离子脂质体介导基因转染肿瘤细胞

使用基因转运载体运载肿瘤细胞进行转染是基因治疗的关键环节之一。Lipo-fectamine2000和DOTAP作为商品转染试剂,具有较高的转染效率。为了进一步发掘其作为基因转运载体的应用潜力,该文研究了Lipofectamine2000和DOTAP的粒径、Zeta电位及形态,并分别与绿色荧光蛋白基因（pGFP—N2）、荧光素酶基因（pGL3）结合,形成脂质体／DNA复合物,通过载入人喉癌细胞（Hep-2）和人肺癌细胞（NCI—H460）,考察了其转染效率和细胞毒性。结果表明,脂质体Lipofectamine2000与DOTAP都能有效压缩DNA,形成复合物。Lipofectamine2000与DOTAP井目比,转染效率高,与DNA最佳转染比例范围为2：1～4：1。毒性实验显示,在N／P大于3／l时,Lipofectamine2000与DOTAP对癌细胞具有一定的细胞毒性。细胞种类对脂质体的转染效率有很大影响,Lipo—fectamine2000对Hep－2细胞的转染效率比NcI—H460高。     

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。     

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。     

胆固醇嵌入式阳离子脂质体运载基因研究

阳离子脂质体是一种有临床应用潜力的抗肿瘤药物递药系统,助类脂能起到稳定双层膜和降低阳性成分毒性的作用,同时提供阳性类脂的细胞渗透功能。为了进一步发掘助类脂的应用潜力,该文采用胆固醇(cholesterol)作为助类脂制备阳离子脂质体,测定了脂质体的粒径及Zeta电位,脂质体的平均粒径为100~140 nm,Zeta电位为45~60 mV。脂质体分别与绿色荧光蛋白基因(pGFP-N2)、荧光素酶基因(pGL3)结合,形成脂质体/DNA复合物,通过载入人喉癌细胞(Hep-2),考察了其转染效率和细胞毒性。结果表明,阳离子类脂与胆固醇以1:1、1:2和1:4摩尔比例混合制备脂质体均能高效转染Hep-2细胞。毒性实验显示,阳离子类脂单独存在时对癌细胞具有一定的细胞毒性,随着胆固醇的加入,脂质体对细胞的毒性明显减小,与商品试剂DOTAP和Lipofectamine 2000相当。     

新型可降解PEI衍生物的体外表征及在HUVEC细胞中的毒性研究

目的:以分支状PEI 1800 Da为基本单元,以化学方法连接咪唑二醛,构建含有可降解亚胺键的新型聚乙烯亚胺衍生物基因载体。对合成的新型基因载体进行体外表征,测定其与p DNA形成的复合物的粒径和zeta电位,研究该复合物在HUVEC细胞中的细胞毒性。方法:通过有机合成方法合成新型聚乙烯亚胺衍生物,考察其与p DNA形成的复合物的粒径和zeta电位,并通过透射电镜考察复合物的形态特征,通过CCK-8方法测定复合物在HUVEC细胞中的毒性。结果:合成的新型基因载体能与p DNA复合形成200 nm左右带20 m V正电荷的纳米颗粒,有利于细胞内吞;形态特征研究表明新型基因载体能将p DNA压缩成类球形的纳米粒,大小与粒径检测结果基本一致。细胞毒性实验表明,合成的新型基因载体材料在相同质量比范围内显示出明显低于PEI25 KDa的细胞毒性。结论:合成的新型基因载体具有较低的细胞毒性,是一种具有良好应用潜力的基因输送载体。     

两种阳离子纳米基因载体及植物基因介导效果的研究

以阳离子聚乙烯亚胺(polyethylenimine, PEI)和壳聚糖(chitosan, CS)作为两种植物基因载体,分别制备了载基因PEI纳米粒(PEI/DNA)和壳聚糖-DNA纳米粒(CS/DNA),并对其形态、粒度分布、包封率、DNA结合的稳定性及纳米颗粒对DNA的保护等方面进行表征.并以GFP基因为报告基因进行植物细胞转染,比较两者转化效率.结果表明PEI/DNA纳米粒稳定性,对DNA的保护以及转染效率等方面均优于壳聚糖-DNA纳米粒.     

小鼠雌性生殖系统电穿孔与微泡增强超声波转EG即基因的研究（简报）

非病毒载体转基因法。如注射裸DNA或脂质体转染,不产生细胞毒性。但除了肌肉组织外其他组织的转导效率均不高。电脉冲可使细胞膜产生临时的微孔允许一些分子通过。因此应用此方法可将药物或基因转人动物组织。电穿孔常用于培养的细胞转基因,理论上,低强度、长脉冲。或高强度、短脉冲有利于电转导。选择适合的参数是电转导的关键。本实验比较了不同电压和脉冲时间对小鼠卵巢在体转入绿色荧光蛋白基因的效果．确定了最适的电转导参数。为卵巢疾病的药物、基因治疗和研究卵泡发育中的基因调控提供了实验手段。     

应用PAMAM dendrimers作为DNA运送载体的体外研究

Starburst^TM PAMAM dendrimers分子是一类新型的高分枝、辐射状对称的树状高分子,在生理条件下其表面具有高密度的正电荷,可以通过静电相互作用与核酸形成复合物后,介导遗传物质进入细胞.研究了G3, G3.5, G5, G7, G7.5, G9各代dendrimers分子与DNA结合后介导其转染细胞的能力,并初步评价这种复合物转染对细胞活力的影响.实验证实,全代的PAMAM dendrmers皆可与DNA结合,并可在体外培养的细胞中介导高效的DNA转染.PAMAM dendrimer/DNA复合物很稳定,在较大的pH值变化范围内(pH 2～10)不解离.PAMAM dendrimers可保护与之复合的DNA分子免受限制性内切酶的降解.在一定的电荷比范围内,高代数的dendrimers分子与DNA形成的复合物对培养细胞的转染效率高于低代数dendrimer分子,复合物所介导的转染效率在不同的细胞系之间也有差异.在有效作用浓度范围内（≤1.3×10^-1 g/L）,PAMAM dendrimers/DNA复合物对被转染细胞无毒性.但是,未与DNA复合的dendrimers分子在较低浓度时则表现出毒性,表明Starburst^TM PAMAM dendrimers分子可作为新型的低毒非病毒DNA载体,用于介导DNA对体外培养细胞的转染. 这些前期观察,为将纳米级高分子聚合物dendrimers分子作为基因转运载体应用于体内提供了初步的实验依据.