本发明专利技术涉及一类侧挂半乳糖和赖氨酸的阳离子聚合物，制备方法及其作为生物功能材料在基因运输中的应用。所述的应用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应来制备阳离子聚合物，条件温和、易操作、成本低，可制备结构规整、分子量分布较窄的聚合物，去保护后可制备得到侧挂半乳糖和赖氨酸的水溶性甲基丙烯酸酯类阳离子聚合物。该系列阳离子聚合物的侧基为天然半乳糖和赖氨酸砌块，其具有较好的生物相容性。此外，相比于商业化载体聚乙烯亚胺(bPEI-25k)而言，该系列阳离子聚合物作为基因输送载体在有血清(10％FBS)存在的条件下具有更高的基因转染效率。因此，该类聚合物在体外基因输送及基因治疗领域具有广泛的应用前景，是一类有潜力的临床基因转染试剂。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及生物功能材料领域。具体设及到系列侧挂半乳糖和赖氨酸的阳离子大 分子、制备方法及其作为功能基因载体材料的用途。
技术介绍
目前，具有低细胞毒性、低免疫原性及高基因输送性能等优点的非病毒载体的开 发引起了生物功能材料相关领域的广泛关注。目前常用的非病毒载体有聚己締亚胺（PEI)， 聚酷胺胺型树枝状聚合物（PAMAM)，聚甲基丙締酸N，N-二甲氨基己醋（PDMAEMA)等，它们的 特点是含有大量的阳离子片段，能和带有阴离子主链的DNA或RNA有效结合，从而保护所运 输基因W避免其被体内的酶（如面ase等）降解，进一步提高基因运输效能。然而，上述聚 合物都是由非天然材料合成得到，其大都具有生物相容性差，毒性高等缺点。因此利用生物 相容性天然产物发展新型生物功能材料，其对于材料科学和临床医学中具有重要意义。一 些由天然氨基酸组成的聚合物，如聚赖氨酸，聚苯丙氨酸，聚组氨酸等，与其他非天然的聚 合物相比，其在体外的基因转染效率高，具有很好的生物相容性和低毒性，在本专利技术的前期 工作中，已经开发了一系列具有侧挂天然赖氨酸的阳离子聚合物，发现其在体外能够作为 高效、低毒的载体在基因转染生物材料方面得到应用。 然而，迄今为止，人们发现许多在体外具有高基因转染性能的载体材料在体内环 境中的基因转染效率急剧下降，使得其无法满足临床基因治疗的实际需求。其中一个重要 原因是阳离子载体容易与血清中带有负电荷的蛋白发生非特异性相互作用，导致载体的解 离而无法实现高效基因转染，该些因素限制了其在临床基因治疗中的实际应用。近年来人 们发现在阳离子聚合物载体中引入生物相容性的聚己二醇（PEG)组分能够增加阳离子载 体/基因复合物在生物介质中的稳定性，降低纳米颗粒表面的正电荷，减少与血液中蛋白 组分的吸附和共聚集，然而，PEG的包覆会导致较强的电荷屏蔽和体积排斥作用，从而降低 载体/pDNA复合物的内吞能力和转染效率，且已有研究表明PEG可能引起免疫反应，在注射 后易被人体循环系统所清除。为了解决该一问题，很有必要设计发展其它的生物相容性的 亲水搁块（或片段）来作为PEG的补充材料（或是替代材料），目前，人们发现一些两性离 子聚合物和含糖聚合物具有和阳G类似的性能，且不会产生上述阳G所导致的副作用，很值 得深入研究开发。其中，含糖聚合物中所采用的糖类化合物来源于天然动植物，生物相容性 高，具有很好的亲水性W及优良的生物降解和代谢性能。直接采用天然阳离子多糖（如壳 聚糖、葡聚糖和环糊精等）构建生物相容性基因载体是近年来基因载体领域的研究热点， 然而，天然多糖多具有复杂的分子结构、分子规整度较低、也难于实现定点、定量的功能化 修饰与改性，使得不同批次之间的产品质量难于标准化控制。而且，由于天然多糖基因载体 的结构不能得到精确调控，因而很难深入阐明其分子结构与材料性能的关系。上述性能使 得天然多糖基因载体材料的深度的研发和临床应用受到了一定的制约。 综上所述，发展制备一类结构规整、分子量可控的含糖聚合物，非常有利于糖基阳 离子聚合物基因载体材料的进一步优化和深入研发，而且很有必要发展一些操作简单，条 件温和的合成制备方法来制备得到上述糖基阳离子聚合物。基于上述原因，本专利技术中拟W 天然赖氨酸和半乳糖为分子搁块构建功能单体，通过可逆加成-断裂链转移自由基聚合 (RAFT)设计合成了一类结构规整的含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物，并将上述聚 合物进一步发展成为一类新型高效、低毒的基因输送载体材料，特别是期待通过半乳糖亲 水基团的引入增强该类载体在血清中的稳定性，使其初步满足体内基因转染的要求。该也 是本专利技术所致力的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种侧挂半乳糖和赖氨酸的水溶性阳离子功能大分 子。 本专利技术的目的之二在于提供一种侧挂半乳糖和赖氨酸的水溶性阳离子功能大分 子的制备方法。 本专利技术的目的之=在于提供一种侧挂半乳糖和赖氨酸的水溶性阳离子功能大分 子作为基因功能载体的应用。 本专利技术所提供的一种侧挂半乳糖和赖氨酸的阳离子功能大分子的化学结构如通 式（I)所示：【主权项】1. 一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物，其具有如下结构通式：其中，A-表示阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟甲磺酸根离子或三氟乙酸根离子； η为含有半乳糖砌块单体的平均聚合度，为2-50 ;m为含有赖氨酸砌块单体的平均聚合度， 为10~500。2. 如权利要求1所述的一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物，其特征是所述 的η为2~50 ;所述的m为10~500。3. 如权利要求1所述的一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物的制备方法，其 特征是采用以下步骤获得： 第一步：将Boc-赖氨酸甲基丙烯酸酯单体L酮保护半乳糖 的甲基丙烯酸酯发剂偶氮二异丁腈，链转移试剂二硫代苯甲酸-(4-氰基戊 酸）酯溶于有机溶剂中，在l〇_95°C下反应10_40h后，蒸馏除去有机溶剂，纯化除掉单体，得 到同时具有Boc-赖氨酸侧链和叉酮保护半乳糖侧链的甲基丙烯酸酯聚合物；通过核磁共 振和凝胶渗透色谱测试均聚物的分子量和分子量分布；Boc-赖氨酸甲基丙烯酸酯聚合物 的分子量在2千-40万之间，其通式如下式（II )所示：其中，Boc表示叔丁氧甲酰基；所述的偶氮二异丁腈，赖氨酸甲基丙烯酸酯单体，叉酮 保护半乳糖的甲基丙烯酸酯和二硫代苯甲酸-(4-氰基戊酸）的摩尔比为I : 10~5000 : 2 ~500 :1 ~10 ; 第二步：第一步制备得到的聚合物加入有机酸或无机酸在10-50°C下反应l-5h以去 除保护基团，得到含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物，其结构如权利要求1所示；其 中，第一步制备得到的聚合物和有机酸或无机酸的摩尔比为I :1. 5~2. 5。4. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是所述Boc-赖氨酸甲基丙烯酸酯聚合物的分 子量在8千-30万之间。5. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是所述有机溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯、 1，4-二氧六环、四氢呋喃、三氯甲烷、二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、乙腈、丙 酮、苯或甲苯。6. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是所述步骤二中使用的有机或无机酸是盐 酸、氢溴酸、氢碘酸、三氟甲磺酸或三氟乙酸。7. 如权利要求2所述的制备方法，其特征是所述合成步骤一中的反应温度为40-80°C， 所述合成步骤二中的反应温度为室温。8. -种如权利要求1所述的一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物用于作为 高效、低毒、耐血清环境的生物功能材料。9. 如权利要求7所述的一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物的应用，其特征 是所述的应用指在基因和药物运输载体领域中的应用。【专利摘要】本专利技术涉及一类侧挂半乳糖和赖氨酸的阳离子聚合物，制备方法及其作为生物功能材料在基因运输中的应用。所述的应用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应来制备阳离子聚合物，条件温和、易操作、成本低，可制备结构规整、分子量分布较窄的聚合物，去保护后可制备得到侧挂半乳糖和赖氨酸的水溶性甲基丙烯酸酯类阳离子聚合物。该系列阳离子聚合物的侧基为天然半乳糖和赖氨酸砌块，其具有较好的生物相容性。此外，相比于商业化载体聚乙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一类含有半乳糖和赖氨酸侧基的阳离子聚合物，其具有如下结构通式：其中，A‑表示阴离子：氯离子、溴离子、碘离子、三氟甲磺酸根离子或三氟乙酸根离子；n为含有半乳糖砌块单体的平均聚合度，为2‑50；m为含有赖氨酸砌块单体的平均聚合度，为10～500。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹阿民，孙景景，盛瑞隆，罗挺，王昭，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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