Nano Lett. | pH响应相变高分子材料用于蛋白质胞内递送
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Nano Lett. | pH响应相变高分子材料用于蛋白质胞内递送
发布时间:2021-09-22        浏览次数:214

A pH-Responsive Phase-Transition Polymer with High Serum Stability in Cytosolic Protein Delivery

Song Zhang , Jia Lv , Peng Gao, Qiuyu Feng , Hui Wang , Yiyun Cheng

Nano Lett. 2021, xx, xx, xxxx

Publication Date: July 16, 2021

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03031

 

  程义云课题组Nano Letters发表了具有pH响应性的相变高分子材料在蛋白胞内递送中的研究。研究将适量的疏水基团修饰于可质子化的阳离子载体上,得到了具有pH响应性相变的高分子载体,其可在50%以上的血清中仍能够高效递送各种蛋白质。

高效的蛋白质胞内递送系统在生物技术和蛋白治疗的应用中十分重要。目前开发的蛋白质胞内递送系统包括物理方法、穿膜肽修饰、胞外囊泡、脂质体、无机纳米颗粒、纳米凝胶、以及聚合物等。而这些载体系统大多主要通过静电相互作用结合蛋白,形成的复合物在生理条件下,尤其是在血浆中极不稳定。这是由于血浆中高丰度的血清蛋白可以与载体竞争结合,使货物蛋白在进入细胞之前就被提前释放。因此迫切需要开发具有高血清稳定性的蛋白质胞内递送系统。目前开发的几种提高材料和蛋白质复合物在血清中稳定性的方法包括:用特定配体修饰蛋白质以增强其与载体的特异性相互作用;聚合物/蛋白质纳米颗粒的共价交联;在复合物表面引入具有防污性能的亲水层,例如聚乙二醇 (PEG),用以抵抗蛋白质吸附。但这些方法通常需要复杂的化学合成,并可能导致蛋白质生物活性的降低,以及复合物在内吞后在难以胞内释放等问题。

1. 具有相转变性质的树形高分子用于蛋白质的胞内递送

近日,程义云课题组Nano Letters上发表了pH响应的相转变材料用于蛋白质胞内递送的研究。利用疏水基团4-二乙氨基苯基修饰的聚酰胺-胺树形高分子在不同pH水溶液中的溶解性不同的性质,实现了材料和蛋白复合物在生理条件下的高血清稳定性和高效胞内递送。

2. 相转变材料的表征

聚酰胺-胺树形高分子内部叔胺基团在弱酸下能够被质子化,在适量疏水基团修饰后可以使其具有良好的pH响应性相变能力。在质子化的状态下,树形高分子可通过静电和疏水相互作用结合蛋白。在生理条件下,材料去质子化,疏水性增强,进一步地稳定了复合物。实验结果证明,该复合物在生理pH下具有很好的血清稳定性,在100%血清中仍能够保持大部分的货物蛋白不被竞争释放,并在弱酸性环境下响应性释放货物蛋白,保证了其在细胞内吞后能快速的内涵体逃逸并释放货物蛋白。

3. 蛋白质的胞内递送

研究团队以EGFP为模型蛋白验证了材料的蛋白质胞内递送效果。实验结果表明,4-二乙氨基苯基修饰的聚酰胺-G5树形高分子在50%以上的血清培养基中仍能够高效递送EGFP蛋白。此外, 该材料还能够在含血清条件下递送多种功能蛋白。总的来讲,该研究通过将疏水基团接枝于 pH 响应聚合物上,获得了能够在生理 pH 范围内发生响应性相变的材料,并成功应用于蛋白质的抗血清胞内递送。这一设计方法适用于其它具有质子缓冲能力的阳离子聚合物和疏水性配体,为生物大分子的胞内递送提供了一个全新的思路。

4. 材料普适性研究

相关论文发表在Nano Letters上,华南理工大学博士研究生张松为文章的第一作者,程义云为通讯作者。

 


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