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基因治疗和基因免疫是将表达目的蛋白的基因构件直接注入动物体内进行疾病治疗和免疫预防的一种方法,对遗传性疾病、肿瘤和复杂传染病的预防和治疗具有独特的优点。而基因递送载体的构建和改进,一直是基因治疗和基因免疫研究的重点。在临床应用上,目前广泛使用的病毒载体所存在的潜在性安全性问题不断引起人们的担忧,因此非病毒性载体的基因转移运载体系的研发开始成为新的研究热点。
壳聚糖是天然的阳离子多糖,作为基因转移的非病毒型载体时,可以与带负电荷的质粒DNA相结合,对DNA有很好的结合和保护作用,并使其可吸附于表面带负电荷的细胞,从而利于所包裹的质粒DNA转染入吸附的细胞。壳聚糖在体内可被机体消化吸收,具有生物可降解性、生物相容性和低毒性等良好的生物学特性,是自然界中不可多得的天然高分子载体材料。
本实验针对壳聚糖在对质粒疫苗的包裹特性,使用硫酸钠盐诱导的复凝聚法制备出壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒,通过透射电镜观察,发现所制备的颗粒近似球形,大小均一,直径为40-80nm。对所制备的壳聚糖纳米颗粒进行了对质粒DNA的包封率、体外释放情况、对所包裹的质粒DNA的DNaseI的酶保护性以及颗粒的稳定性等理化特性方面的初步的研究,结果显示壳聚糖纳米颗粒对质粒DNA的包裹率接近100%,可抵抗DNaseI的降解,壳聚糖纳米颗在体外的自身释放缓慢,即稳定性高,可在-20℃长期保存,对保存条件要求不高。
本研究应用含不同报告基因的质粒DNA,经壳聚糖包裹成纳米颗粒后注射小鼠,分别针对体内表达和基因免疫水平进行初步研究,对壳聚糖纳米颗粒介导的基因表达和基因免疫进行了研究,同时用人工合成的阳离子多聚物乙酰亚胺(PEI)基因递送载体作为比较。将包裹了含增强型绿色荧光蛋白基因的pEGFP-N1质粒的壳聚糖纳米颗粒溶液转染HEK293T细胞,转染后可观察到发出绿色荧光的细胞,表达可维持至8d后,且于-20℃保存了1个月的仍具有转染能力;PEI介导的表达量高于壳聚糖/质粒DNA颗粒,但其表达维持的时间短于壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒溶液组。在体内表达时,发现壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒尽管初使表达水平低于PEI介导的水平,但其表达所维持的时间却长于PEI的时间,且表达量呈现出稳定的缓慢增高的趋势,体现了壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒缓释的特点。壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒作为基因疫苗的递送载体时,能使机体产生很高的免疫应答和抗体的效价,其效果显著,好于PEI介导产生的免疫水平。
本研究结果表明,壳聚糖/质粒DNA纳米颗粒具有传递质粒DNA进入机体,允许基因缓慢释放,有效地使基因长期表达,从而提高转染产物的生物利用度;可使质粒DNA在体内产生很高的免疫应答和抗体的效价,产生很好的免疫保护力。因此,壳聚糖适合用作基因治疗长期表达和基因疫苗的递送载体,具有良好的开发前景。