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含氟多肽基因载体的PET显像研究获得新成果

发布者:江苏省原子医学研究所 发布时间:2021-04-02
     江苏省原子医学研究所分子影像中心杨敏研究员团队与华东师范大学程义云教授等合作,首次利用正电子发射断层扫描成像技术(PET)对含氟多肽基因载体进行了活体、动态示踪。近期,该研究成果发表在工程技术类一区期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。
     关于疾病基因治疗的近期研究表明,含氟烷基链具有生物惰性、化学稳定性等特点,且兼具疏水和疏油的特性,这类含氟高分子材料具有高效的跨膜能力和抗血清干扰能力,是一类性能优异的基因递送载体。此外,含氟烷基链在水溶液中具有很高的自聚集倾向,从而可以提高聚合物/核酸复合物的稳定性,降低转染复合物中聚合物的剂量。因而,含氟高分子载体被广泛应用于生物分子如基因、蛋白质、多肽的胞内递送。但是,这类聚合物载体在体内如何分布、迁移、代谢和排泄,如何奏效等仍然未知。
     江原所杨敏研究员、王辛宇副研究员与华东师范大学程义云教授等合作,选择一种天然存在、低分子量(约4000Da)、可生物降解的聚合物ɛ-聚-L-赖氨酸(PLL)作为多肽基因载体,对其进行氟化修饰得到氟化PLL(F-PLL),能够将PLL对EGFP质粒的转染效率提升至60%以上,明显优于商品化转染试剂Lipo2000等。团队以烷基链修饰的PLL作为对照材料进行对比研究后发现,氟化PLL的转染效率提高主要得益于氟效应而非其疏水性。
 
图1. 氟化修饰显著提高聚赖氨酸的基因转染效率
(A)PLL, PLL-7Fn, PLL-4C9, 和PLL-6C9的化学结构式。(B)PLL,PLL-7F5,PLL-7F9和PLL-7F13在HEK293细胞中的EGFP转染效率。(C,D)PLL-7Fn, PLL-4C9, PLL-6C9和Lipo 2000的EGFP转染效率。(E-G)FITC修饰的PLL, PLL-7F9, PLL-4C9, 和PLL-6C9的细胞摄取比较。
进一步研究发现,放射性核素18F可以通过卤素置换反应在氟化PLL(F-PLL)上进行标记,标记后不改变其化学结构及生物活性。PET显像显示,氟化修饰的PLL在肝脏中可以快速清除,其肝脏摄取率随氟链修饰数量从5增加到9而有所升高,但是当氟链修饰数量分别达到9和13的时候肝脏摄取率几乎没有差别。
 
图2. 放射性18F标记的PLL-7F5、PLL-7F9和PLL-7F13的PET成像和部分脏器中的分布
    这些研究结果表明,在PLL上进行氟化修饰不仅可以极大地提高其基因转染效率,而且还可通过PET成像揭示基因载体在体内的运动规律,能对活体基因递送过程的安全性和有效性起指导性作用。
 
图3. 氟化聚赖氨酸的制备过程和18F放射性标记氟化聚赖氨酸多肽用于体内PET成像的示意图
 文章信息:
 In vivo Tracking of Fluorinated Polypeptide Gene Carriers by Positron Emission Tomography Imaging
 Xinyu Wang, Guangyu Rong, Junjie Yan, Donghui Pan, Lizhen Wang, Yuping Xu, Min Yang*, and Yiyun Cheng*
 ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c11967
 Publication Date: September 17, 2020
 Copyright © 2020 American Chemical Society

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