[发明专利]一种可生物降解的聚氨基酸衍生物及制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于生物材料领域，具体涉及一系列高效传递并表达基因的生物可降解性聚氨基酸材料的衍生物，以及在制备可降解性聚阳离子纳米基因载体材料中的应用。

技术背景

基因治疗是通过将正常的基因导入靶细胞来治疗先天或者后天的基因缺陷而达到治疗的目的。在基因治疗中，如果直接采用裸DNA注射法到靶组织或者细胞，转染效率往往很低。这是因为细胞对外源DNA的摄取率很低，并且外源DNA很容易被生物体清除，甚至自身降解。因此安全而又高效的基因载体成为了基因治疗必不可少的一部分。病毒载体虽然具备了高效性，却存在很大的安全隐患。而非病毒基因载体则具备了很多优点，如低免疫原性、生产制备简单、大容量的DNA装载率等。

聚阳离子材料是研究最多的一类非病毒载体，在文献报道的如均聚或者共聚的聚乙烯亚胺，聚氨基酸(如聚赖氨酸)，壳聚糖等。在这些聚阳离子材料中，聚乙烯亚胺是一种非常有效并且被广泛应用的基因载体材料。其在pH4～8具备很好的缓冲能力，也被称之为“质子海绵效应”。但是它的不可降解性、毒性大等原因抑制了其在体内的应用。

近年来，生物可降解的聚阳离子材料渐渐吸引了大家的目光。相比与不可降解的聚阳离子材料，其往往具备了低毒性、低富集的优点。聚氨基酸类材料，由于其类蛋白质的本性，更是引起了很多研究者的关注。譬如，聚天冬氨酸由于其低毒性、生物相容、易制备、高载药率等优点，其衍生物已被用于基因载体的研究并且取得了很好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种可生物降解的聚氨基酸衍生物，是一种生物降解的高效转基因低毒性聚氨基酸衍生物，也是一系列含有不同比例的伯、仲、叔氨基的聚氨基酸的阳离子衍生物，分子量为30,000～40,000Da，其结构式为：

其中：

m1为聚氨基酸α位开环后连接二甲基二丙稀三胺(NN’)的单元结构数，取值范围为0～150，m2为聚氨基酸β位开环后连接二甲基二丙稀三胺(NN’)单元结构数，取值范围为0～150，(m1+m2)＝x，取值范围为1～150；

n1为聚氨基酸α位开环后连接3，3’-二氨基二丙基胺(NN)的单元结构数，取值范围为0～150，n2为聚氨基酸β位开环后连接3，3’-二氨基二丙基胺(NN)单元结构数，取值范围为0～150，(n1+n2)＝y，取值范围为1～150；

并且要求x+y的取值范围为120～150。

本发明的第二个目的是提供一种可生物降解的聚氨基酸衍生物的合成方法：

(1)称取一定量的氨基酸，加入0.2～0.8倍量(重量比)的85％磷酸，在高温真空条件下下反应2～4小时，用一定量的N，N’-二甲基甲酰胺充分溶解，加入2～5倍(体积比)的水沉淀，过滤，110℃烘干24小时，得到聚氨基酸；

(2)取一定量的聚氨基酸溶解在N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入4～10倍(摩尔比)的多氨基烷烃，冰浴反应0.5～2小时，用截留分子量为14000的透析膜透析48小时，冷冻干燥，得到目标化合物聚氨基酸衍生物。

本发明中涉及的氨基酸为：天冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸、氨基己酸中任何一种。

本发明中涉及的多氨基烷烃为：二甲基二丙稀三胺、3，3’-二氨基二丙基胺。

合成反应式为：

其中Ⅰ为目标化合物聚氨基酸衍生物(PSI-NN’_x-NN_y)，Ⅱ为天冬氨酸，Ⅲ为聚天冬氨酸(PSI)，Ⅵ为3，3’-二氨基二丙基胺(NN)，Ⅴ为侧链为伯氨基的聚氨基酸衍生物(PSI-NN)，Ⅳ为二甲基二丙稀三胺(NN’)。

本发明的另一个目的是提供所述可生物降解的聚氨基酸衍生物在制备可降解性聚阳离子纳米基因载体材料中的应用。

本发明提供的聚氨基酸衍生物，是一类生物可降解性聚阳离子纳米材料(PSI-NN’_x-NN_y)，其优点是具有很强的DNA绑定能力，合成步骤简单，操作容易，安全性高；其结构的骨架是聚氨基酸，具有可降解、低毒性等优点。在侧链上引入了一系列比例的伯、仲、叔三种氨基，它具有很强的pH缓冲能力和较高的转运并表达质粒DNA的能力，其对DNA的绑定能力、转染效率以及细胞毒性等都可以通过调整伯、仲、叔三种氨基的比例进行调整优化，可用作生物可降解性基因载体的材料。

附图说明

图1为PSI-NN’_x-NN_ys的核磁共振氢谱图。