我單位關(guān)于含氟多肽基因載體的PET顯像研究獲得新成果

發(fā)布時(shí)間：2020-10-16 | 返回

    我所分子影像中心楊敏研究員團(tuán)隊(duì)與華東師范大學(xué)程義云教授等合作，首次利用正電子發(fā)射斷層掃描成像技術(shù)（PET）對(duì)含氟多肽基因載體進(jìn)行了活體、動(dòng)態(tài)示蹤。近期，這一研究新成果發(fā)表在工程技術(shù)類一區(qū)期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

    關(guān)于疾病基因治療的近期研究表明，含氟烷基鏈具有生物惰性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，且兼具疏水和疏油的特性，這類含氟高分子材料具有高效的跨膜能力和抗血清干擾能力，是一類性能優(yōu)異的基因遞送載體。此外，含氟烷基鏈在水溶液中具有很高的自聚集傾向，從而可以提高聚合物/核酸復(fù)合物的穩(wěn)定性，降低轉(zhuǎn)染復(fù)合物中聚合物的劑量。因而，含氟高分子載體被廣泛應(yīng)用于生物分子如基因、蛋白質(zhì)、多肽的胞內(nèi)遞送。但是，這類聚合物載體在體內(nèi)如何分布、遷移、代謝和排泄，如何奏效等仍然未知。

    我所楊敏研究員、王辛宇副研究員與華東師范大學(xué)程義云教授等合作，選擇一種天然存在、低分子量（約4000Da）、可生物降解的聚合物?-聚-L-賴氨酸（PLL）作為多肽基因載體，對(duì)其進(jìn)行氟化修飾得到氟化PLL（F-PLL），能夠?qū)?font face="Times New Roman">PLL對(duì)EGFP質(zhì)粒的轉(zhuǎn)染效率提升至60%以上，明顯優(yōu)于商品化轉(zhuǎn)染試劑Lipo2000等。團(tuán)隊(duì)以烷基鏈修飾的PLL作為對(duì)照材料進(jìn)行對(duì)比研究后發(fā)現(xiàn)，氟化PLL的轉(zhuǎn)染效率提高主要得益于氟效應(yīng)而非其疏水性。

圖1. 氟化修飾顯著提高聚賴氨酸的基因轉(zhuǎn)染效率

（A）PLL, PLL-7Fn, PLL-4C9, 和PLL-6C9的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。
（B）PLL，PLL-7F5，PLL-7F9和PLL-7F13在HEK293細(xì)胞中的EGFP轉(zhuǎn)染效率。
（C，D）PLL-7Fn, PLL-4C9, PLL-6C9和Lipo 2000的EGFP轉(zhuǎn)染效率。
（E-G）FITC修飾的PLL, PLL-7F9, PLL-4C9, 和PLL-6C9的細(xì)胞攝取比較。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，放射性核素¹⁸F可以通過(guò)鹵素置換反應(yīng)在氟化PLL（F-PLL）上進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記后不改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)及生物活性。PET顯像顯示，氟化修飾的PLL在肝臟中可以快速清除，其肝臟攝取率隨氟鏈修飾數(shù)量從5增加到9而有所升高，但是當(dāng)氟鏈修飾數(shù)量分別達(dá)到9和13的時(shí)候肝臟攝取率幾乎沒(méi)有差別。

圖2. 放射性¹⁸F標(biāo)記的PLL-7F5、PLL-7F9和PLL-7F13的PET成像和部分臟器中的分布

這些研究結(jié)果表明，在PLL上進(jìn)行氟化修飾不僅可以極大地提高其基因轉(zhuǎn)染效率，而且還可通過(guò)PET成像揭示基因載體在體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，能對(duì)活體基因遞送過(guò)程的安全性和有效性起指導(dǎo)性作用。

圖3. 氟化聚賴氨酸的制備過(guò)程和¹⁸F放射性標(biāo)記氟化聚賴氨酸多肽用于體內(nèi)PET成像的示意圖

文章信息：
In vivo Tracking of Fluorinated Polypeptide Gene Carriers by Positron Emission Tomography Imaging
Xinyu Wang, Guangyu Rong, Junjie Yan, Donghui Pan, Lizhen Wang, Yuping Xu, Min Yang*, and Yiyun Cheng*
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.0c11967
Publication Date: September 17, 2020
Copyright © 2020 American Chemical Society

（分子影像中心）