基因治疗目前正逐渐成为一种治疗癌症、先天性遗传疾病、神经病变等疾病的新方法，其技术关键是将外源基因高效地导入细胞。DNA 分子通常以带负电的疏松状态存在, 体积较大，与细胞表面之间存在排斥作用，难于进入细胞；另外, 血液及细胞内的核酸酶易将裸DNA 分子破坏，因此单独使用DNA 转染时效率很低。为了提高基因转染效率, 通常使用基因载体辅助DNA转染。具有超支化结构的阳离子聚合物非病毒载体，例如超支化聚乙烯亚胺(bPEI)和聚酰胺胺(PAMAM)，它们在水溶液中能与DNA形成结构紧密、尺寸较小的球形复合体，更容易被细胞吞噬，高效转染基因。但是，bPEI和PAMAM血液相容性较差、细胞毒性较高且缺乏生物可降解性。因此，有必要设计制备综合性能更好的基因传输载体新材料。
中山大学化学与化学工程学院杨立群课题组最近以天然超支化多糖—支链淀粉为原料，合成出一系列含胺基的阳离子超支化支链淀粉衍生物。与中山医学院邓宇斌教授课题组的合作研究发现，这些阳离子超支化支链淀粉衍生物与红血球细胞几乎不发生相互作用，显示出较好的血液相容性，且与293T细胞共培养后显示出较低的细胞毒性。该阳离子超支化支链淀粉衍生物不仅能在293T细胞和A549细胞中高效转染pEGFP-N1（绿色荧光蛋白）质粒，而且也能高效转染FoxO1治疗基因。这种安全高效的阳离子超支化支链淀粉衍生物的研究为基因转染载体材料的设计合成提供了一条新思路。上述研究工作发表在世界生物材料领域重要学术刊物Biomaterials 上(Yanfang Zhou, Bin Yang, Xianyue Ren, Zhenzhen Liu, Zheng Deng, Luming Chen, Yubin Deng*, Li-Ming Zhang, Liqun Yang*. Biomaterials, 2012, 33, 4731-4740. IF-2011=7.882)，题为“Hyperbranched cationic amylopectin derivatives for gene delivery”。该研究工作得到了国家自然科学基金、霍英东教育基金会高校优选资助课题和和高校基本科研业务费中山大学青年教师培育项目的资助。
相关链接 http://dx.doi.org/10.1016/j.biomaterials.2012.03.014
Figure 1. Synthesis of the hyperbranched cationic amylopectin derivatives conjugated with oligoamine residues: (a) chemical reaction and (b) proposed structures of amylopctin and its hyperbranched cationic derivatives.
Figure 2. (A) AFM images of erythrocytes in (a) 0.9% NaCl solution, incubated with cationic polymers (500 mg/mL): (b) EDA-Amp, (c) DETA-Amp, (d) DMAPA-Amp, (e) bPEI, and (f) incubated with 10% Trion-100 (I: phase mode image, scale bar: 5 mm; II: height mode image). (B) Transfection efficiency of amylopectin derivative/pDNA complexes at various weight ratio (w/w = 5, 10, and 20) and the bPEI/pDNA complex (N/P = 10) determined by flow cytometry in 293T cells and A549 cells.
