[发明专利]一种由天然胆固醇衍生的聚乙烯亚胺功能阳离子聚合物、合成方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及面向新型功能聚合物材料的制备及生物材料、制备方法以及该类阳离子聚合物在功能基因和药物输送载体中的应用。 

背景技术

近年来，研究与开发能将负载的治疗基因输送到生物体内的特定细胞、组织或器官发挥靶向治疗作用的非病毒载体(Non-viral Carrier)生物材料已成为生命科学和材料科学等交叉学科领域中最为热门的研究课题之一。与病毒载体相比，非病毒载体以其安全稳定、低免疫反应、外源基因结合能力强等优势获得人们的广泛关注.载体生物材料的作用原理是利用功能阳离子载体分子中氨基基团所带的正电荷与DNA或者RNA中磷酸基团所带负电荷通过静电相互作用，使得载体与基因复合形成稳定的聚集复合物(complex)，从而保护聚集复合体所负载的DNA或者RNA链在体内长时间血液循环中不易被核酸酶特异性降解，并可防止复合体之间聚集形成更大尺寸的聚集体，从而实现治疗基因药物的高效率输送与细胞内转染表达。因此，作为药物或基因转导的生物载体材料既要满足低毒性、无免疫原性、体内可降解吸收，还要能够和治疗外源基因DNA或RNA有效地结合形成一定纳米尺度聚集复合体（小于400纳米），在血液循环中长期稳定存在，减少与血液中蛋白等成份的非特异性相互作用。 

聚乙烯亚胺(polyethylenimine，PEI)是一类阳离子聚合物生物载体材料，就结构而言可分为线性(L-PEI)和枝化PEI(b-PEI)两种，现在研究开发较多的为枝化PEI。其通过高正电荷密度的质子化氨基结合并压缩带负电的DNA分子，形成紧密的PEI／DNA复合物，其既可防止DNA被细胞质中的核酸酶降解，同时此复合物表面正电荷也有利于细胞对PEI／DNA复合物的内吞。当PEI／DNA复合物通过胞吞作用进入细胞后，在溶酶体生理条件下，PEI上的仲氨基和叔胺基发生质子化反应，使的溶酶体因渗透压升高而导致破裂，从而起到“质子海绵”作用，使PEI/DNA复合物得以释放入胞质，很大程度上减少了DNA在吞噬泡内富集并进而被降解的副作用，进而显著提高了转染效率。 

虽然目前用PEI作为载体进行基因转染取得了较大的进展，但仍面临着一系列的问题。首先，要提高PEI的转染效率必须采用较高分子量的PEI（如PEI-25K等），这将导致显著的细胞毒性。其次，在体内转染时，PEI/DNA复合物被肺、肾、肝和脾组织截留后快速由肺内皮细胞、肝窦中库普弗细胞及脾中的巨噬细胞清除。针对上述问题，随着对聚乙烯亚胺类生物载体材料研究的深入，人们开发了多种类型的功能化聚乙烯亚胺，如疏水长链脂质修饰的聚乙烯亚胺、靶向功能基团修饰的聚乙烯亚胺，环境响应型聚乙烯亚胺和纳米粒复合聚乙烯亚胺等。然而到目前为止，功能化聚乙烯亚胺一般多集中于枝化PEI(b-PEI)的化学衍生修饰，其分子结构中具有很多的反应活性氨基，不利于其进一步调控，许多修饰试剂制备条件复杂，且其制备和分离方法难于精确控制和模式化，从而使得其大规模合成与应用受到了限制。而线性(L-PEI)具有聚合条件简便，结构可控，末端可用功能化试剂修饰等优点。因此，进一步探索和开发同时具有分子结构可调控性，较低细胞毒性以及具有端基功能化特性的线性聚乙烯亚胺衍生物，将可在很大程度上丰富和扩展聚乙烯亚胺的分子功能多样性及其作为生物医学材料的应用。 

在另一方面，胆固醇具有可天然来源和疏水结构的特点，其可通过进一步修饰功能片段，如水溶性阳离子片段或亲/疏水调控片段合成新的甾醇衍生的类脂质体有机功能分子，这将可能同时具有较低细胞毒性和两亲性，是一类潜在的新型生物相容性基因载体材料（J.Med.Chem.2007，50，2432）与功能表面活性剂，这些阳离子功能分子已经在构建功能药物和基因载体中得到初步应用（Int.J.Pharm.2004，278，143）。近年来，本实验室合成了兼具脂溶性胆固醇骨架和功能阳离子片段以及生物还原响应性二硫化学键的新型有机功能化合物（专利公开号CN101870719A），同时采用Click偶联方法实现快速制备具有胆固醇结构的新型有机阳离子功能化合物（专利公开号CN102161688A），为研究开发新型由天然产物衍生的基因载体生物材料与生物相容性功能表面活性剂提供了新的途径。另一方面，面向药物或者基因治疗的载体实际需求，很有必要建立起一种高效率的、条件温和的、易操作的、结构可控的天然产物衍生的阳离子功能聚合物的制备方法，大量合成具有分子多样性的该类化合物，以便进一步深入进行该类生物材料的性能研究。这也是本发明所致力解决的目标。 

发明内容