本发明专利技术涉及一类由天然氨基酸作为侧基的水溶性阳离子功能聚合物、制备方法以及其用途。应用可逆加成-断裂链转移聚合反应对Boc-氨基酸功能化丙烯酸酯类单体进行可控聚合，脱去Boc保护基团制备得到系列具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物。制备方法具有操作简单方便、聚合物结构规整、分子量分布窄、原料易得、成本低廉等优点。该类具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物由天然氨基酸作为重要砌块构成，在多细胞系中以商业化的线性聚赖氨酸PLL（15-30K）和枝化聚乙烯亚胺bPEI-25K作为参照呈现很低的细胞毒性，作为阳离子基因载体材料在多细胞株中均呈现高效率的基因转染，在低毒高效的阳离子聚合物基因载体应用领域具有良好的前景。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一类由天然氨基酸作为侧基的水溶性阳离子功能聚合物、制备方法以及其用途。应用可逆加成-断裂链转移聚合反应对Boc-氨基酸功能化丙烯酸酯类单体进行可控聚合，脱去Boc保护基团制备得到系列具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物。制备方法具有操作简单方便、聚合物结构规整、分子量分布窄、原料易得、成本低廉等优点。该类具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物由天然氨基酸作为重要砌块构成，在多细胞系中以商业化的线性聚赖氨酸PLL（15-30K）和枝化聚乙烯亚胺bPEI-25K作为参照呈现很低的细胞毒性，作为阳离子基因载体材料在多细胞株中均呈现高效率的基因转染，在低毒高效的阳离子聚合物基因载体应用领域具有良好的前景。【专利说明】
本专利技术涉及生物功能材料 领域。具体涉及到通过可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)反应制备系列天然氨基酸作为侧基的阳离子功能聚合物的方法及其作为生物功能载体材料的应用。
技术介绍
基因治疗是指将外源功能治疗基因药物通过合适的载体导入发生病变的细胞或组织中，通过细胞内整合与功能表达，实现纠正或补偿因基因缺陷、异常所引起的疾病，达到治疗目的。随着当今分子生物学技术的发展和人类基因组计划的飞跃进展，人们研究了许多重要先天获得性遗传疾病的分子生物起源，发现可以通过缺陷基因的修复与表达，发展新型生物医学治疗手段。当前围绕基因治疗相关分子生物学与临床医学和药学的发展非常迅猛，如何将治疗用核酸类功能分子(DNA、小分子RNA干扰RNA1、0DNA、Micro-RNA)输送到目标细胞内进行安全有效的表达或功能实现是基因治疗相关科学与技术中尚存在的关键问题之一。与早期的病毒载体相比，基于合成材料的非病毒载体具有低毒性、低免疫原性、分子及结构设计具有较大的弹性的等显著优点，最近在生物医用材料相关领域的研究与应用开拓倍受关注。目前常用的非病毒载体小分子脂质体和功能阳离子聚合物，由于阳离子聚合物与小分子脂质体相比，具有重要的协同效应和稳定基因/载体复合物微纳米结构，因此研究应用较为广泛，其中具有代表性的阳离子功能聚合物有聚乙烯亚胺(PEI)、聚酰胺胺树枝状聚合物(PAMAM)、聚甲基丙烯酸N，N’ - 二甲氨基乙酯(PDMAEMA)等，它们的特点是含有大量的阳离子片段，能够与携带阴离子的DNA或RNA生物大分子通过静电物理相互作用高效结合，压缩塌陷形成微纳米尺度稳定的胶体颗粒复合物，实现所负载输送的基因免于细胞内外核酸酶(如DNase、RNase等)的降解，进一步实现高效基因药物的负载与输送。然而，到目前为止研究的基因药物的功能载体聚合物大多由非天然材料合成制备得到，存在生物相容性差、细胞毒性高等缺点，客观上制约了其作为功能载体在临床基因治疗中的实际有效应用。为了克服合成高分子功能基因载体材料的既有不足，利用具有生物相容性的天然广物构筑新型生物功能载体，为进一步发展闻效低毒的基因功能载体提供了一条新的可能途径。由天然氨基酸为出发原料砌块合成制备得到的功能阳离子聚合物与其他合成聚合物相比，其作为输送载体具有较高的体内外基因转染效率，同时具有良好的生物相容性和较低的细胞毒性，载体的最终降解产物可以通过既有的生物化学途径代谢。近年来，树枝状大分子(如树枝状聚赖氨酸)在基因载体应用方面研究较为广泛，其大分子结构规整，分子量分布窄，闻代数的树枝状阳尚子大分子(如五代以上的赖氨酸树枝状功能大分子)作为基因载体呈现良好的转染效率，同时活细胞基因转染的效率随树枝状大分子代数的提高可进一步上升，但同时伴随较为明显的细胞毒性，限制了其实际应用。与此同时，树枝状结构的功能大分子一般需采用多次重复的官能团保护、偶联、纯化分离、官能团去保护反应步骤制备得到，因此高代数的树枝状功能大分子客观存在制备效率低、成本高，不宜大规模制备以及应用。另一方面，由氨基酸苄酯环内酸酐(NCA)功能单体的催化开环聚合反应(J.Polym.Sc1.，Part A:Polym.Chem 2000 ；38:3011-3018)可以制备具有线性结构的聚氨基酸阳离子功能大分子(如聚赖氨酸PLL、聚精氨酸、聚组氨酸等)，但上述开环聚合反应需在无水无氧的苛刻条件下进行，一般情况下制备所得的聚合物产物的分子量分布较宽，大分子结构规整度差。为了进一步发展基于天然氨基酸的树枝状大分子、线性高分子以外的简便合成新方法，Sanda.F等曾采用自由基聚合方法合成了偶联氨基酸侧基结构的功能大分子(Macromo1.Chem.Phys 1999 ；200:2651-2661),同时高超等人米用原子转移自由基聚合方法(ATRP)制备了偶联有多种氨基酸侧基的功能聚合物(Biomacromolecu Ies 2010 ；11:3609-3616)，但上述聚合方法未能实现由天然氨基酸构建分子量单分散的新型阳离子功能聚合物，并且ATRP制备方法中使用的金属催化剂很可能导致微量金属离子残留，不利于其作为生物功能材料的应用。到目前为止国内外尚没有基于上述两方法合成制备的由氨基酸衍生的具有氨基酸侧基的功能大分子作为基因载体的研究报道。本专利技术致力发展一种基于氨基酸的新型功能阳离子聚合物的简单高效并且结构可控的制备新方法，并将其作为高效低毒的基因载体应用于基因输送。专利技术的内容本专利技术的目的之一在于提供一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物。本专利技术的目的之二在于提供一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物作为基因功能载体的应用。根据本专利技术所提供的一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物，其由如下结构式(I)表示:【权利要求】1.一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物，其由如下结构式(I)表示:Ri 4-^Hn 0^0.VMN' ，(I) +H,N^Kiw+ 上式(I)中，R1 = H^CH3,r或^A_表示阴离子:氯离子、溴离子或三氟乙酸根离子；n为具有氨基酸侧基的功能丙烯酸酯类聚合物的聚合度为5~500。2.一种如权利要求1所述的一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物的制备方法，其特征是采用了以下合成步骤: (1)、Boc-氨基酸功能化丙烯酸酯类单体的合成制备: 首先将丙烯酸羟乙 酯或甲基丙烯酸羟乙酯、Boc保护的氨基酸、缩合剂和催化量的碱，在有机溶剂中和10-65°C温度下反应I~24小时得到Boc-氨基酸功能化的丙烯酸酯类单体，其通式如下式(II)所示，O ONHBoc5? Il,) 其中，所述的丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸羟乙酯、Boc保护的氨基酸、缩合剂和催化量的碱的摩尔比为1:1~8:1~24:0.I~0.5 ; 所述的缩合剂为N，N’- 二环己基碳二亚胺、N，N' - 二异丙基碳二亚胺、1-乙基-(3- 二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐、苯并三唑-1-三(三甲氨基)_三氟磷酸酯或苯并三氮唑-N, N, N' ,N'-四甲基脲六氟磷酸盐； (2)、将步骤(1)所得的Boc-氨基酸功能化丙烯酸酯类单体、RAFT链转移试剂、引发剂溶于有机溶剂中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由天然氨基酸构建的具有氨基酸侧基的水溶性阳离子功能聚合物，其由如下结构式（I）表示：上式（I）中，R1＝H或CH3，或A?表示阴离子：氯离子、溴离子或三氟乙酸根离子；n为具有氨基酸侧基的功能丙烯酸酯类聚合物的聚合度为5～500。FDA00002181143900011.jpg,FDA00002181143900012.jpg,FDA00002181143900013.jpg
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曹阿民，孙景景，罗挺，盛瑞隆，
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：
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