流金歲月
納米載體的表面功能化修飾為推進基因神經(jīng)調(diào)控掃除障礙
9月24日，《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊在線發(fā)表了題為“Effect of PEGylated Magnetic PLGA-PEI Nanoparticles on Primary Hippocampal Neurons: Reduced Nano-neurotoxicity and Enhanced Transfection Efficiency with Magnetofection”的研究論文，該研究由中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、神經(jīng)科學(xué)國家重點實驗室的王征研究組與仇子龍研究組合作完成。該研究系統(tǒng)地探討了聚合物納米基因遞送系統(tǒng)的神經(jīng)毒性，并通過表面功能化修飾有效地降低納米基因遞送系統(tǒng)的神經(jīng)毒性；在外磁場靶向作用下，具有較好生物相容性的納米基因遞送系統(tǒng)顯著提高了原代海馬神經(jīng)元的轉(zhuǎn)染效率，為推進基因編輯成為未來神經(jīng)調(diào)控手段奠定了基礎(chǔ)。
神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ缱蚤]癥、抑郁癥、阿爾茲海默癥、帕金森癥等）的基因療法是近年來研究的熱點，外源基因在神經(jīng)元中安全、穩(wěn)定、高效的表達(dá)是基因治療成功的關(guān)鍵，這與基因遞送系統(tǒng)息息相關(guān)。隨著納米技術(shù)的蓬勃發(fā)展，納米材料作為非病毒載體具有合成方法簡單、粒徑較小、易于功能化修飾、較高的負(fù)載量和較低（幾乎無）的免疫原性等優(yōu)勢，越來越受到關(guān)注。本研究構(gòu)建了一系列陰離子型磁性聚乳酸-羥基乙酸 (MNP-PLGA)納米材料，通過表面接枝聚乙烯亞胺（PEI），得到陽離子型MNP-PLGA-PEI納米材料；最后，通過Schiff堿反應(yīng)，將聚乙二醇(PEG)的醛基與MNP-PLGA-PEI的氨基反應(yīng)，從而得到PEG化的接近中性的納米材料(PEGylated MNP-PLGA-PEI) ，如圖1所示，并隨后采用多種方法系統(tǒng)檢測了三種屬性納米材料的神經(jīng)毒性。
圖1. 納米基因遞送系統(tǒng)的合成過程 (a) 磁性PLGA-PEI納米粒；(b) 載有DNA的磁性PLGA-PEI 納米粒；(c) PEG表面修飾的磁性PLGA-PEI納米粒; (d) 多肽修飾的磁性PLGA-PEI納米粒; (e) 載有DNA的多肽修飾的納米粒; (f) PEG化的載有DNA的納米粒。
實驗結(jié)果顯示，陽離子型MNP-PLGA-PEI納米材料無法內(nèi)吞進入神經(jīng)元中，并顯著影響胞內(nèi)鈣離子濃度變化；而陰離子型MNP-PLGA和中性PEGylated MNP-PLGA-PEI納米材料能夠在1小時內(nèi)有較好的細(xì)胞攝取率，具有較低的納米神經(jīng)毒性和較好的生物相容性。在此基礎(chǔ)上，研究人員利用外部磁場與磁性納米基因遞送系統(tǒng)之間的相互作用，增強磁性納米基因遞送系統(tǒng)進入神經(jīng)元的概率，進而提高轉(zhuǎn)染效率。本研究通過表面功能化修飾聚乙二醇聚合物，構(gòu)建了安全、有效的納米基因遞送系統(tǒng)，并在磁轉(zhuǎn)染的介導(dǎo)作用下有效提高了原代海馬神經(jīng)元的轉(zhuǎn)染效率，為進一步優(yōu)化基因治療的載體工具提供了重要的實驗依據(jù)。
該工作主要由王征研究組助理研究員崔彥娜博士，在王征研究員和仇子龍研究員的共同指導(dǎo)下完成，期間得到了研究團隊成員李霄博士、Kristina Zeljic博士生和助理研究員單仕芳博士的大力協(xié)助。該工作得到了中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)（B類）科技專項、科技部國家重點研發(fā)計劃、基金委國家自然科學(xué)基金、上海市重大科技專項等研究項目的資助。