苯硼酸修饰的阳离子聚合物及其合成方法和应用技术

本发明专利技术公开一种苯硼酸修饰的阳离子聚合物，其结构式为（见右下）：其中，Ｒ是为Ｈ或含有１到１０个碳的烷基或含氮、氧、硫、氯、溴或碘的取代烷基；Ｐ为阳离子聚合物；Ｐ的分子量Ｍｗ在４００到５０００００之间；１≤ｎ≤２０。其制法为将带有活性基团的苯硼酸和阳离子聚合物溶于甲醇或Ｎ，Ｎ－二甲基甲酰胺中，在２０～６０℃反应２～４８小时得到苯硼酸修饰的阳离子聚合物。本发明专利技术利用苯硼酸基团能和蛋白质、多糖、核酸等生物大分子中的羟基、氨基等功能团形成可逆共价结合的性质，提高载体材料对基因结合并带入细胞的能力，从而实现基因的高效率转染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及苯硼酸修饰的阳离子聚合物及其合成方法和作为非病毒基因载体的 应用。
技术介绍
近年来，基因工程在全世界范围内取得了举世瞩目的成就。该技术是在生物体外， 通过对DNA分子进行人工"剪切"和"拼接"，对生物的基因进行改造和重新组合，然 后导入受体细胞内进行无性繁殖，使重组基因在受体细胞内表达，产生出人类所需要 的基因产物。基因工程在农牧业牛产上的应用主要是培育高产、优质或具有特殊用途的动植物 新品种。通过基因工程技术，可获得高产、稳产和具有优良品质的农作物，可加快农 作物新品种的培育，也使开发农作物新品种的时间大为缩短。科学家将某些特定基因 与病毒DNA构成重组DNA，然后通过感染或微注射技术将重组DNA转移到动物受 精卵中，由这种受精卵发育成的动物可以获得人们所需要的各种优良品质。基因治疗是用于人体的基因工程，它是用正常的基因整合入细胞，以校正和置换 致病基因的一种治疗方法。利用基因可以治疗很多种疾病，例如传染病，癌症，遗传 缺损，艾滋病，帕金森病等等。治疗基因通过基因传递系统运送到目标部位。而目前， 基因药物缺乏安全有效的传递系统被认为是临床应用上最大的障碍之一。病毒载体的 免疫原性，潜在的致癌性，及成本较高等缺点限制了它的广泛应用。非病毒载体，具 有临床上的安全性，优良的生物相容性，载药量大，低毒性以及可大规模生产等优点。 这些促使人们致力于高效低毒性的非病毒载体材料的研究。在众多的非病毒基因载体 中，阳离子聚合物是常用的非病毒基因载体。它能与带负电的DNA形成紧密的纳米 粒子，当阳离子聚合物上含有很多在弱酸性条件下可质子化的氨基时，在内体中具有 "质子海绵"效应，有利于DNA从溶酶体中逃逸出来，产生高的转染效率。蛋白质、糖类及核酸等生物大分于在各种生理和病理过程中起着极其重要的作用，结构合适的多苯硼酸化合物或聚合物通过基团之间的协同作用可以实现对具有重 要生物功能的生物大分子的选择性结合。通过苯硼酸基团与生物大分子上的羟基、氨 基等功能基团的可逆共价结合作用，我们设计并合成了一系列苯硼酸修饰阳离子聚合 物。本专利技术的目的是以苯硼酸修饰阳离子聚合物作为一类新的具有细胞穿透功能的 非病毒基因载体的应用。本专利技术的目的是提供一种苯硼酸修饰的阳离子聚合物及其制备方法和用途，得到 的苯硼酸修饰的阳离子聚合物作为载体材料具有与基因结合并带入细胞的能力，可以 实现基因的高效率转染。本专利技术提供的苯硼酸修饰的阳离子聚合物非病毒基因载体，其特征是所述载体中 的苯硼酸具有以下通式其中，R是和硼酸基团处于苯环的邻位、间位或是对位的H或者含有1到10个碳原 子的垸基或含氮、氧、硫、氯、溴、碘等杂原子的取代烷基；P为在pH为7的环境 中带正电的天然或合成聚合物；1《n《20; P的分子量Mw为100到1000000之间， 优选400到500000。上述R的种类包括但不限于二烷基氨甲基、CH2OH (羟甲基)。 所述阳离子聚合物为聚乙烯亚胺或其衍生物、聚丙烯亚胺或其衍生物、多聚胺或 其衍生物、聚酰胺-胺树形分子或其衍生物、碱性氨基酸聚合物或碱性氨基酸与其他 氨基酸的共聚物或其衍生物、壳聚糖或其衍生物、鱼精蛋白或其衍生物、或明胶或其 衍生物。本专利技术还提供了上述苯硼酸修饰的阳离子聚合物非病毒基因载体的合成方法，其特征是具有如下反应步骤将邻位、间位或对位的具有式I结构的苯硼酸和如上所述 的阳离子聚合物溶于甲醇或N，N-二甲基甲酰胺等溶剂中，在20 6(TC反应2 48小 时后得到浅黄色固体或液体，此粗产品经沉淀或透析等方法纯化后得到苯硼酸修饰的 阳离子聚合物；苯硼酸与阳离子聚合物的摩尔比为1 20:1;式I中，X为卤代烷基，
技术实现思路
醛基，或酰卤、酸酐、活性酯等易于与氨基反应的基团；R是和硼酸基团处于邻位、 间位或是对位的H或者含有1到10个碳原子的垸基或含氮、氧、硫、氯、溴、碘等 杂原子的取代烷基，包括但不限于二烷基氨甲基(CI-12NR2)、 CH20H等基团。本专利技术提供的苯硼酸修饰的阳离子聚合物与外源基因结合作为基因载体的应用 苯硼酸修饰的阳离子聚合物作为基因载体，通过合适的转导方法，可把目的基因 带入人体细胞和各种动植物细胞，用于人体基因治疗和动植物的基因转导。(1) 苯硼酸修饰的阳离子聚合物基因载体的人体及动物细胞基因转导把苯硼酸 修饰的阳离子聚合物与外源基因(DNA或RNA)结合所形成的复合物与人体及动物 细胞共培养，复合物可以转导入细胞。结果表明苯硼酸修饰的阳离子聚合物能有效转 导基因，并能在细胞中高效表达。(2) 苯硼酸修饰的阳离子聚合物基因载体的植物细胞转导把苯硼酸修饰的阳离子聚合物与外源基因结合所形成的复合物与植物细胞进行共同培养，苯硼酸修饰的阳 离子聚合物能有效转导植物细胞并实现基因的表达。本专利技术的技术效果一、 本专利技术采用的阳离子聚合物为在生理环境中带正电的聚合物。他们具有氨基、 胍基等在生理条件下带有正电荷的基团，可形成不同的酸碱缓冲体系，能有效结合DNA，携带DNA进入细胞，保护DNA免受细胞质中的溶酶体的降解。二、 本专利技术得到的苯硼酸修饰的阳离子聚合物能和蛋白质、多糖、核酸等生物大 分子中的羟基、氨基等功能团形成可逆共价结合，提高载体材料与基因结合并将其带 入细胞的能力，从而实现基因的高效率转染。本专利技术的优点所采用的阳离子聚合物本身即具有和DNA结合并介导基因转染 的能力，再此基础上，本专利技术在阳离子聚合物上键接上能与生物大分子作用的苯硼酸 基团，结果提高了载体材料与基因结合并带入细胞的能力，实现了基因的髙效率转染。 通过调节苯硼酸修饰的阳离子聚合物上的苯硼酸基团的数量和类型，以及阳离子聚 合物的种类，可获得一系列具有较高转染效率的非病毒基因载体。附图说明图1为本专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物Pia，8wrpPBL9、 PEI18( rpPB3.2和 PEI18tm-pPBs,, 4装载荧光素酶质粒DNA在HepG 2细胞中转导的效果图，其结果显示 本专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物PEI卿)-pPB,"、 PEl,广pPBj,2和PEIl800-pPB5., 4能在H印G2细胞中有效转导该基因。图2为本专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物PEIi卿-pPBw、 PEIl8W)-pPB3.2和 PEI18WrpPB5, 4装载荧光素酶质粒DNA在COS 7细胞中转导的效果图，其结果显示 本专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物PKI哪o-pPB,.9、 PEI,卿-pPB3,2和PEIl800-pPB5., 4能在COS 7细胞中有效转导该基因。图3为本专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物PEl,8MrpPBo、 PEI18(MrpPB3.2和 PEI刚o-pPB5,4装载荧光素酶质粒DNA在HeLa细胞中转导的效果图，其结果显示本 专利技术的苯硼酸修饰的阳离子聚合物PEI,咖-pPB,.y、 PEI1800-pPB3.2和PEI1800-pPB5。 4 能在HeLa细胞中有效转导该基因。具体实施例方式以下结合实施例对本专利技术进行详细的描述，但不限于实施例所公开的内容。实施例l: PEl,柳,-pPB," (PE1代表所述的阳离子聚合物为聚乙烯亚胺；1800等数字 代表聚乙烯亚胺的分子量，下同；PB代表阳离子聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种苯硼酸修饰的阳离子聚合物，其结构式为：　＊＊＊　其中，Ｒ是和硼酸基团处于苯环的邻位、间位或是对位的Ｈ或者含有１到１０个碳原子的烷基或含氮、氧、硫、氯、溴或碘的取代烷基；Ｐ为在ｐＨ为７的环境中带正电的天然或合成阳离子聚合物；Ｐ 的分子量Ｍｗ在４００到５０００００之间；１≤ｎ≤２０。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟振林，彭琪，卓仁禧，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]