[发明专利]由含氨基单体和杂环连接剂形成的阳离子聚合物

说明书

相关申请的交叉引用

这项申请宣称美国专利优先权为61/430,529，申请日期是2011年1月6日，相关内容通过文献参考的形式已包含于本项申请。

贯穿此项申请，涉及包括美国专利优先权为12/843,691，申请日期是2010年7月26日。因此，以从属权利要求公开的这些文件通过文献参考的形式已引用于本项申请，用于充分描述此项发明的工艺水平。

发明领域

这项发明有关于一种可降解回归至内源性单体和安全性已知产物的用于基因(DNA和RNA)载体的阳离子聚合物的结构设计和制备方法。

发明背景

海量的研究表明：特定的聚核苷酸或寡核苷酸序列，通过调控相关基因的开启(表达)或者关闭(沉默)，在药物治疗，免疫以及组织再生等领域用作有效的治疗试剂^[1]。然而，为了实现这样的治疗效果，治疗基因、DNA疫苗及siRNA药物必须输送至靶细胞的细胞核或者细胞质。在多聚核苷酸(又称作基因、基因物质、寡核苷酸、核苷酸或DNA和RNA)输送载体系统里，合成载体输送系统相比病毒载体具有一系列的优势，比如无免疫原性、无病毒变异、借助单一的机制能够包裹多种可选择的基因或siRNA形成微粒、制备简单、生产成本低^[2]。运用非病毒系统为实现有效输送基因物质(DNA和RNA)至细胞间和细胞内的靶向位点，合成基因载体(如非病毒载体)最终必须完成一系列任务：(A)压缩基因物质形成纳米颗粒以避免核酶降解，(B)选择性吸附至靶向细胞，(C)促进基因物质的内吞逃逸，(D)细胞质释放基因物质，以及(E)自身代谢为无毒化产物。但是，目前已有的研究报道尚未有一并完成上述所有任务的合成输送系统。

通常，过去十年间已报道的合成基因输送工具归纳为下述的类型：基于阳离子脂质体的系统(称作lipoplex)，基于阳离子聚合物的系统(称作polyplex)，脂质体-聚阳离子组合系统(称作lipopolyplex)和无电荷的纳米微粒。绝大多数的载体系统是lipoplexes和polyplexes，这是因为含正电荷的脂质体和聚合物能够轻易压缩含负电荷的基因物质(DNA和RNA)形成颗粒。就基因转染的每个环节而言，上述两种类型系统具有不同的优势和机制。阳离子脂质体凝聚基因物质相比聚阳离子更疏松一些^[3]却能提供一种特殊的内涵体膜融合功能，有助于DNA或RNA以分子的形式逃逸至细胞质^[4]。另一方面，聚阳离子(阳离子聚合物)能够以更紧密的形式凝聚基因物质，从而实现预期的对基因物质更好的保护和更大的担载量^[5]。针对内吞逃逸，普遍的观点认为polyplex经历“质子海绵”过程，源于HCl持续的泵入内涵体以中和被阳离子聚合物载体消耗的质子氢，内涵体里氯离子的积聚所产生的渗透压撑破已吞没polyplex的内涵体膜。在这种情况下，源于基因物质以颗粒的形式而非分子的形式进入细胞质，质子化聚阳离子获得更多的正电荷来络合DNA或RNA。已有的报道认为破裂的内涵体可以自我修复，因此，polyplex颗粒在逃逸前又被重新包封进入内涵体^[6]。此外，聚核苷酸必须从polyplex里释放或是萃取出来，以便发挥它们的生物学功能。似乎，聚阳离子凝聚及释放DNA或RNA的过程是一对相反的过程，这就需要聚阳离子载体系统化学动态和生物响应。

为平衡基因凝聚和释放的过程，一些研究人员建议使用或设计一种具有中等基因压缩强度的阳离子聚合物载体^[7]。使用一种低分子量或是低氨基密度的阳离子聚合物是其中的一种策略^[8]。另一种策略是使用环境响应性聚阳离子来最终实现两种相反的动作，基因的凝聚及基因的释放^[9]。可是，此类聚合物的结构复杂，代谢途径及代谢产物多样化。采用可降解阳离子聚合物作为基因载体能够成为一种更合适的方法，载体骨架的降解可实现基因的释放，这是独立于其凝聚DNA或RNA能力的一个过程^[10]。降解成为小分子化合物将会降低聚阳离子的化学毒性。正如文献报道的那样，可降解的连接剂，比如羧酸酯、磷酸酯、亚胺或二硫键结构里引入一种阳离子聚合物的骨架。在这个方面，酯键由于其平衡的稳定性和降解性，成为聚阳离子骨架里最被广泛使用的降解结构。但是，酯键对亲核物质具有高度的反应性，比如一级胺和二级胺^[11]，这些均是对基因压缩和质子海绵作用关键性的功能团。此外，酯键结构降解产生的酸会中和质子海绵效应。