一种基于核酸纳米结构的基因递送系统及其制备方法和应用技术方案

本发明专利技术公开了一种基于核酸纳米结构的基因递送系统及其制备方法和应用。所述基因递送系统包括核酸脚手架链和核酸订书钉链，所述核酸脚手架链包括目标基因的正义链和反义链的全部核酸序列，所述核酸脚手架链与多个核酸订书钉链通过碱基互补配对自组装形成核酸纳米结构。本发明专利技术通过将长序列功能基因作为脚手架链精确整合到核酸纳米结构中，实现了靶向递送长序列功能基因的目的，获得了精准调控目标基因表达的效果；此外所述核酸纳米结构的制备方法简单易行且具有普适性，生产效率高，有望应用于各类疾病的治疗中，并促进相关产品的推广与使用。与使用。与使用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于核酸纳米结构的基因递送系统及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于生物医药
，涉及一种基于核酸纳米结构的基因递送系统及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]研究发现，人类的很多疾病是由于相关基因缺陷或突变造成的。因此，可以通过补充或纠正相关基因来治疗或预防疾病，即为基因疗法。随着分子生物学技术的发展，基因疗法逐渐受到越来越多的关注，各种类型的基因递送策略已经被用于治疗许多严重的基因相关疾病。大多数由特定基因缺陷引起的疾病(如由编码凝血因子的基因突变引起的血友病)都可以通过递送缺失的基因来治疗。由蛋白错误折叠引起的疾病(如亨廷顿舞蹈症)则可以通过递送小核酸(如反义核酸，小干扰RNA)下调相关基因的表达进行治疗。另外，基因疗法还有望通过上调抑癌基因或下调肿瘤相关基因来治疗肿瘤。然而，基因治疗的疗效极大程度上依赖基因递送载体的递送效率。因此，亟需开发高效的基因递送策略用于精准的基因治疗。
[0003]基于病毒载体的基因药物，如治疗脂蛋白酯酶缺乏症(LPLD)的glybera和治疗儿童腺苷脱氨酶重症联合免疫缺陷(ADA
‑
SCID)的strimvelis，已经被批准用于临床。然而，病毒载体能够递送的核酸长度有限，且存在随机插入基因组进而诱发基因突变的风险。因此，越来越多的非病毒载体，包括聚合物、脂质体和无机纳米颗粒等已经被用于向细胞甚至动物活体内递送带有目标基因的质粒。这些被递送的质粒往往带有大量不必要的未甲基化CpG基序和细菌内的残留物质，如脂多糖(LPS)，可能会导致不良的免疫反应。另外，动物活体水平研究表明，上述非病毒载体也具有一定的系统毒性和免疫原性，限制了其广泛应用。
[0004]核酸纳米结构具有精确的结构可编程性、空间可寻址性和良好的生物相容性，已经在生物传感、生物成像和药物递送等生物医药领域展现出极大的应用潜力。此外，核酸自组装体系遵循高度特异性的碱基互补配对原则，使得核酸纳米结构作为载药系统在递送核酸等基因治疗药物方面有着天然的优势。因此，开发一种能够精确装载和靶向递送双链功能基因的核酸纳米结构，在基因治疗药物的研发领域具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足和实际需求，本专利技术提供一种基于核酸纳米结构的基因递送系统及其制备方法和应用，所述核酸纳米结构由核酸脚手架链和多个核酸订书钉链通过碱基互补配对自组装形成，能够高效靶向递送双链核酸，生物安全性好，提高了基因表达效果。
[0006]为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于核酸纳米结构的基因递送系统，所述基因递送系统包括核酸脚手架链和核酸订书钉链，所述核酸脚手架链包括目标基因的正义链和反义链的全部核酸序列，所述核酸脚手架链与核酸订书钉链通过碱基互补配对自组装形成核酸纳
米结构。
[0008]本专利技术中，通过合理的序列和结构设计，将目标基因的正义链和反义链的全部核酸序列作为核酸脚手架链，与多个核酸订书钉链通过碱基互补配对自组装形成核酸纳米结构，所述核酸纳米结构不仅作为药物递送系统将行使基因表达功能的双链核酸递送至细胞内，而且作为药物本身发挥基因表达功能。
[0009]优选地，所述核酸订书钉链上含有核酸捕获链。
[0010]优选地，所述基因递送系统还包括修饰有脂质分子的核酸杂交链。
[0011]优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链与所述核酸捕获链通过碱基互补配对连接。
[0012]优选地，所述脂质分子包括1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺和二肉豆蔻酰基磷脂酰乙醇胺中任意一种或至少两种的组合。
[0013]本专利技术中，依托高特异性的碱基互补配对原则定点锚定脂质分子，通过疏水相互作用在核酸纳米结构表面修饰具有细胞靶向和内涵体逃逸功能的脂质分子，提高了核酸纳米结构递送长链核酸的靶向性和递送效率，原理示意图如图1所示。
[0014]优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链的5
’
端具有HS
‑
SHC6修饰，其核酸序列包括SEQ ID NO:50所示的序列。
[0015]SEQ ID NO:50：
[0016]HS
‑
SHC6
‑
TTTTTACGTGACACGTTCGGAGAATT。
[0017]优选地，所述基因递送系统还含有辅助脂质，所述辅助脂质可行使细胞靶向和/或内涵体逃逸功能。
[0018]优选地，所述辅助脂质与所述脂质分子通过疏水相互作用结合到核酸纳米结构上。
[0019]优选地，所述核酸捕获链和所述修饰有脂质分子的核酸杂交链的摩尔比为1:(1～1.5)，例如可以是1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.3、1:1.4或1:1.5，优选为1:1.5。
[0020]优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链和辅助脂质的摩尔比为1:(250～1000)，例如可以是1:250、1:500、1:600、1:700、1:800或1:1000，优选为1:500。
[0021]优选地，所述辅助脂质包括阳离子脂质、中性脂质或聚乙二醇化脂质中任意一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述阳离子脂质包括N
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基
‑
N,N,N
‑
三乙基氯化铵(DOTMA)、N
‑
(1
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基)
‑
N
‑2‑
(精胺甲酰胺基)乙基)
‑
N,N
‑
二甲基三氟乙酸铵(DOSPA)或N
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基)
‑
N,N,N
‑
三甲基氯化铵(DOTAP)中的任意一种或至少两种的组合。
[0023]优选地，所述中性脂质包括二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)、二油酰基磷脂酰胆碱(DOPC)、二硬脂酰磷脂酰胆碱(DSPC)、1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺(DOPE)或叶酸修饰的1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺(FA
‑
DOPE)中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，所述聚乙二醇化脂质包括甲氧基聚乙二醇2000双十四烷基乙酰胺(ALC
‑
0159)和/或1,2
‑
二肉豆蔻酰
‑
rac
‑
甘油
‑3‑
甲氧基聚乙二醇2000(PEG2000
‑
DMG)。
[0025]本专利技术中，在核酸纳米结构上修饰具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于核酸纳米结构的基因递送系统，其特征在于，所述基因递送系统包括核酸脚手架链和核酸订书钉链；所述核酸脚手架链包括目标基因的正义链和反义链的全部核酸序列；所述核酸脚手架链与核酸订书钉链通过碱基互补配对自组装形成核酸纳米结构。2.根据权利要求1所述的基于核酸纳米结构的基因递送系统，其特征在于，所述核酸订书钉链上含有核酸捕获链。3.根据权利要求2所述的基于核酸纳米结构的基因递送系统，其特征在于，所述基因递送系统还包括修饰有脂质分子的核酸杂交链；优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链与所述核酸捕获链通过碱基互补配对连接；优选地，所述脂质分子包括1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺、二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺、二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺和二肉豆蔻酰基磷脂酰乙醇胺中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链的5
’
端具有HS
‑
SHC6修饰，其核酸序列包括SEQ ID NO:50所示的序列。4.根据权利要求3所述的基于核酸纳米结构的基因递送系统，其特征在于，所述基因递送系统还含有辅助脂质；优选地，所述辅助脂质与所述脂质分子通过疏水相互作用结合在核酸纳米结构上；优选地，所述修饰有脂质分子的核酸杂交链和辅助脂质的摩尔比为1:(250～1000)；优选地，所述辅助脂质包括阳离子脂质、中性脂质或聚乙二醇化脂质中任意一种或至少两种的组合；优选地，所述阳离子脂质包括N
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基
‑
N,N,N
‑
三乙基氯化铵、N
‑
(1
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基)
‑
N
‑2‑
(精胺甲酰胺基)乙基)
‑
N,N
‑
二甲基三氟乙酸铵或N
‑
(2,3
‑
二油基氧基)丙基)
‑
N,N,N
‑
三甲基氯化铵中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述中性脂质包括二棕榈酰磷脂酰胆碱、二油酰基磷脂酰胆碱、二硬脂酰磷脂酰胆碱、1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺或叶酸修饰的1,2
‑
二油酰基
‑
sn
‑3‑
磷酸乙醇胺中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述聚乙二醇化脂质包括甲氧基聚乙二醇2000双十四烷基乙酰胺和/或1,2
‑
二肉豆蔻酰
‑
rac
‑
甘油

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宝全，刘建兵，武晓慧，杨昌平，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：