蠕虫状聚离子复合型胶束的合成、组装和胶体稳定性

doi:10.3969/j.issn.0251-0790.2012.09.037

高等学校化学学报 ›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (09): 2085.doi: 10.3969/j.issn.0251-0790.2012.09.037

蠕虫状聚离子复合型胶束的合成、组装和胶体稳定性

张鑫淼¹, 张佳伟¹, 魏光耀¹, 刘东旭¹, 于达慧², 姚卫国³, 董文飞¹

1. 吉林大学电子科学与工程学院, 集成光电子学国家重点联合实验室吉林大学实验区, 长春 130012;
2. 吉林大学建设工程学院, 长春 130026;
3. 吉林大学材料科学与工程学院, 教育部汽车材料重点实验室, 长春 130025

收稿日期:2012-03-21 出版日期:2012-09-10 发布日期:2012-08-14
通讯作者: 董文飞,男,博士,副教授,主要从事生物医学光子学研究.E-mail:dongwf@jlu.edu.cn E-mail:dongwf@jlu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(批准号: 91123029, 61077066和50902128)资助.

Synthesis, Self-assembly and Colloidal Stability in Physiological Milieu of Worm-like PICmicelles of Poly(ethylene glycol)-b-poly(ethylenimine)/plasmid DNA

ZHANG Xin-Miao¹, ZHANG Jia-Wei¹, WEI Guang-Yao¹, LIU Dong-Xu¹, YU Da-Hui², YAO Wei-Guo³, DONG Wen-Fei¹

1. State Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, College of Integrated Optoelectronics, Jilin University, Changchun 130012, China;
2. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, China;
3. Key Laboratory of Automobile Materials of Ministry of Education, College of Materials Science and Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China

Received:2012-03-21 Online:2012-09-10 Published:2012-08-14

摘要/Abstract

摘要：

采用开环聚合方法制备了嵌段共聚物聚乙二醇-聚乙烯亚胺(PEG-b-PEI), 通过静电组装方法使其与质粒DNA(pDNA)在溶液中自发构筑成蠕虫状聚离子复合型胶束(PICmicelle), 利用原子力显微镜、动态光散射、 Zeta电势和凝胶电泳等方法研究了血液或细胞间质中各种因素对胶束稳定性的影响. 结果表明, 在蠕虫状聚离子复合型胶束中, PEI和pDNA通过静电吸引构成疏水性内核, 而亲水性的PEG分子作为保护型外壳包裹在内核的表面. 在保持PEG链段长度不变的前提下, 增加PEI链段长度可明显增强PEI与pDNA的静电结合力, 有效地防止了NaCl对胶体结构的破坏, 而且有助于抑制阴离子的取代. 但增加PEI链段长度会导致胶束表面PEG分子含量的降低, 不利于胶束抵抗蛋白质的吸附和DNA酶的降解. 因此合理地调整PEG-b-PEI分子的结构, 对于获得高效、安全和稳定的蠕虫状聚离子胶束具有重要意义.

关键词: 自组装, 聚离子胶束, DNA, 基因输送, 嵌段共聚物

Abstract:

The block copolymers of poly(ethylene glycol)-b-poly(ethylenimine)(PEG-b-PEI) with different molecular ratios between PEG and PEI were synthesized by classical ring-opening polymerization. By simply mixing PEG-b-PEI with plasmid DNA(pDNA), worm-like polyion complex micelles (PICmicelles) were spontaneously formed in solution. Their structures and morphologies in physiological milieu were investigated and characterized by ¹H NMR, gel permeation chromatography(GPC), dynamic light scattering(DLS), atomic force microscope(AFM) and gel electrophoresis, etc. The influence of numerous parameters, including NaCl dissociation, protein absorption, anionic species substitution and enzymatic digestion, on the colloidal stabilities of such worm-like PICmicelles were evaluated and demonstrated. The results indicated that the longer cationic segment could be helpful to efficiently condense pDNA and improve the colloidal stability against salt dissociation and anionic species substitution. However, it could also result in insufficient PEG shielding effect against protein absorption and enzymatic digestion.

Key words: Self-assembly, PICmicelle, DNA, Gene delivery, Block copolymers of PEG-b-PEI

中图分类号:

O631
O648.14

TrendMD:

张鑫淼, 张佳伟, 魏光耀, 刘东旭, 于达慧, 姚卫国, 董文飞. 蠕虫状聚离子复合型胶束的合成、组装和胶体稳定性. 高等学校化学学报, 2012, 33(09): 2085.

ZHANG Xin-Miao, ZHANG Jia-Wei, WEI Guang-Yao, LIU Dong-Xu, YU Da-Hui, YAO Wei-Guo, DONG Wen-Fei. Synthesis, Self-assembly and Colloidal Stability in Physiological Milieu of Worm-like PICmicelles of Poly(ethylene glycol)-b-poly(ethylenimine)/plasmid DNA. Chem. J. Chinese Universities, 2012, 33(09): 2085.

参考文献

[1] Gratton S. E. A., Ropp P. A., Pohlhaus P. D., Luft J. C., Madden V. J., Napier M. E., DeSimone J. M.. Proc. Natl. Acad. Sci., USA[J], 2008, 105: 11613-11618

[2] Morille M., Passirani C., Vonarbourg A., Clavreul A., Benoit J. P.. Biomaterials[J], 2008, 29: 3477-3496

[3] Pack D. W., Hoffman A. S., Pun S., Stayton P. S.. Nature Reviews Drug Discovery[J], 2005, 4: 581-593

[4] Mastrobattista E., van der Aa M. A. E. M., Hennink W. E., Crommelin D. J. A.. Nature Reviews Drug Discovery[J], 2006, 5: 115-121

[5] Kundu P. P., Sharma V.. Current Opinion in Solid State & Materials Science[J], 2008, 12: 89-102

[6] Kakizawa Y., Kataoka K.. Advanced Drug Delivery Reviews[J], 2002, 54: 203-222

[7] Merdan T., Kopecek J., Kissel T.. Advanced Drug Delivery Reviews[J], 2002, 54: 715-758

[8] Burke R. S., Pun S. H.. Bioconjugate Chemistry[J], 2008, 19: 693-704

[9] Wakebayashi D., Nishiyama N., Itaka K., Miyata K., Yamasaki Y., Harada A., Koyama H., Nagasaki Y., Kataoka K.. Biomacromolecules[J], 2004, 5: 2128-2136

[10] Dong W. F., Kishimura A., Anraku Y., Chuanoi S., Kataoka K.. J. Am. Chem. Soc.[J], 2009, 131: 3804

[11] Boussif O., Lezoualc’h F., Zanta M. A., Mergny M. D., Scherman D., Demeneix B., Behr J. P.. Proc. Natl. Acad. Sci., USA[J], 1995, 92: 7297-301

[12] WEI Xiao-Hong(魏晓红), LIANG Wen-Quan(梁文权), PAN Yuan-Jiang(潘远江). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2003, 24(11): 1993-1996

[13] WANG You-Xiang(王幽香), CHEN Ping(陈平), HU Qiao-Ling(胡巧玲), SHEN Jia-Cong(沈家骢). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2008, 29(11): 2289-2293

[14] Osada K., Oshima H., Kobayashi D., Doi M., Enoki M., Yamasaki Y., Kataoka K.. J. Am. Chem. Soc.[J], 2010, 132: 12343-12348

[15] Osada K., Shiotani T., Tockary T. A., Kobayashi D., Oshima H., Ikeda S., Christie R. J., Itaka K., Kataoka K.. Biomaterials[J], 2012, 33: 325-332

[16] Petros R. A., DeSimone J. M.. Nature Reviews Drug Discovery[J], 2010, 9: 615-627

[17] Euliss L. E., DuPont J. A., Gratton S., DeSimone J. M.. Chemical Society Reviews[J], 2006, 35: 1095-1104

[18] Cai S. S., Vijayan K., Cheng D., Lima E. M., Discher D. E.. Pharmaceutical Research[J], 2007, 24: 2099-2109

[19] Hategan A., Sengupta K., Kahn S., Sackmann E., Discher D. E.. Biophysical Journal[J], 2004, 87: 3547-3560

[20] Loverde S. M., Ortiz V., Kamien R. D., Klein M. L., Discher D. E.. Soft Matter[J], 2010, 6: 1419-1425

[21] Shimada T., Sakamoto N., Motokawa R., Koizumi S., Tirrell M.. J. Phys. Chem. B[J], 2012, 116: 240-243

[22] Mahmud A., Discher D. E.. Iubmb Life[J], 2011, 63: 607-612

[23] Ruponen M., Yla-Herttuala S., Urtti A.. Biochimica et Biophysica Acta-Biomembranes[J], 1999, 1415: 331-341

[24] Mislick K. A., Baldeschwieler J. D.. Proc. Natl. Acad. Sci., USA[J], 1996, 93: 12349-12354

[25] FAN Ying(范颖), YAO Jing(姚静), ZHOU Jian-Ping(周建平). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2011, 32(12): 2916-2622

[26] JIAO Yong-Hua(焦永华), ZHOU Jun(周军), LI Yan(李妍), ZHANG Kai(张开), FU Yu(付昱). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2010, 31(6): 1280-1284

[27] WANG Jing-Yun(王静云), DOU Bo-Rui(窦柏蕊), BAO Yong-Ming(包永明), LI Sen-Wu(李森武). Chem. J. Chinese Universities(高等学校化学学报)[J], 2012, 33(8): 1757-1764

[28] Vader P., van der Aa L. J., Storm G., Schiffelers R. M., Engbersen J. F.. Current Topics in Medicinal Chemistry[J], 2012, 12: 108-119

[29] Tamura A., Nagasaki Y..Nanomedicine(Lond)[J], 2010, 5: 1089-1102

蠕虫状聚离子复合型胶束的合成、组装和胶体稳定性

Synthesis, Self-assembly and Colloidal Stability in Physiological Milieu of Worm-like PICmicelles of Poly(ethylene glycol)-b-poly(ethylenimine)/plasmid DNA

PDF (PC)

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	刘苏毓, 丁飞, 李茜, 樊春海, 冯景. 偶氮苯类DNA纳米机器[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220122.
[2]	仵宇帅, 尚颖旭, 蒋乔, 丁宝全. 可控自组装DNA折纸结构作为药物载体的研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220179.
[3]	李琳, 齐丰莲, 邱丽莉, 孟子晖. 基于六边形磁纳米片构建动态非晶态光学结构图案[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(8): 20220123.
[4]	王君旸, 刘争, 张茜, 孙春燕, 李红霞. DNA银纳米簇在功能核酸荧光生物传感器中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(6): 20220010.
[5]	俞彬, 谌小燕, 赵越, 陈卫昌, 肖新颜, 刘海洋. 氧化石墨烯基钴卟啉复合材料的电催化析氢反应[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(2): 20210549.
[6]	李波, 孟禹汐, 王雯雯, 臧宏瑛. 多核多氧硫钼酸盐化合物的合成及质子传导性能[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210657.
[7]	杜顺福, 王文经, EL-SAYED El-Sayed M., 苏孔钊, 袁大强, 洪茂椿. 一种具有化学发光性能的锆基金属有机四面体[J]. 高等学校化学学报, 2022, 43(1): 20210628.
[8]	薛谨, 曹小卫, 刘依帆, 王敏. 纸质空心金纳米笼SERS传感器的制备及对非小细胞肺癌患者痰液中miRNAs的快速高灵敏检测[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(8): 2393.
[9]	吴杨仪, 陈建平, 艾益静, 汪庆祥, 高飞, 高凤. 2-(2-羟基-3-甲氧基苯基)-C₆₀的合成及在花椰菜花叶病毒启动子DNA传感检测中的应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(6): 1754.
[10]	王雅雯, 李东, 梁文凯, 孙迎辉, 江林. 表面等离激元金属纳米粒子的多元化结构及应用[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(4): 1213.
[11]	马卓远, 汪大洋. 分子自组装单层膜的表面浸润性研究现状和展望[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(4): 1031.
[12]	李荣烨, 倪云霞, 刘丹丹, 李志, 程玉新, 夏明欣, 付小会. 一种新型温度响应性聚氨基酸/聚类肽嵌段共聚物的合成与表征[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 850.
[13]	樊娟娟, 韩媛媛, 崔杰. ABC三嵌段共聚物胶束从多间隔结构到多核结构转变的Monte Carlo模拟[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(3): 857.
[14]	杨新杰, 赖艳琼, 李秋旸, 张艳丽, 王红斌, 庞鹏飞, 杨文荣. 基于环状DNA-银纳米簇荧光探针对微囊藻毒素-LR的传感检测[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3600.
[15]	刘学娇, 杨帆, 刘爽, 张春娟, 刘巧玲. 核酸适体靶向的膜蛋白识别与功能调控研究进展[J]. 高等学校化学学报, 2021, 42(11): 3277.