本文選題：高分子 + 樹形高分子��； 參考：《華東師范大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：樹形高分子是一類具有樹枝狀結(jié)構(gòu)的合成大分子。這類分子具有一些特有的性質(zhì)如良好的單分散性、確定的尺寸、可控的表面官能團(tuán)、良好的水溶性及生物相容性等。這些性質(zhì)使得樹形高分子在很多領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。特別是在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面,樹形高分子被廣泛應(yīng)用為基因及藥物載體。但樹形高分子距離臨床應(yīng)用需求仍有相當(dāng)?shù)牟罹?其作為基因或藥物載體時(shí)存在轉(zhuǎn)染或運(yùn)載效率不高、生物相容性差等缺點(diǎn)。如何制備兼具高效、安全等屬性的樹形高分子基因及藥物載體是當(dāng)前研究的難點(diǎn)。 本論文旨在設(shè)計(jì)高效、安全的樹形高分子基因及藥物載體。采用如下策略：(1)通過還原敏感的雙功能交聯(lián)劑將低代數(shù)樹形高分子交聯(lián),從而制備可降解的納米聚集體；(2)在低代數(shù)樹形高分子表面進(jìn)行氟化修飾,通過自組裝形成納米囊泡結(jié)構(gòu)；(3)通過氫鍵調(diào)控樹形高分子的基因轉(zhuǎn)染效率；(4)將樹形高分子與環(huán)糊精共價(jià)連接,提高樹形高分子的生物相容性及載藥效率。本論文的主要研究方法及結(jié)論總結(jié)如下： (1)使用含二硫鍵的雙功能交聯(lián)劑對低代數(shù)樹形高分子進(jìn)行化學(xué)交聯(lián),制備可降解的納米聚集體,并將之用作為基因載體。這種基因載體可以有效地結(jié)合核酸并形成200nm左右的復(fù)合物。所形成的復(fù)合物具有高的細(xì)胞攝入能力,且該聚集體材料能夠在細(xì)胞內(nèi)降解。該方法制備的聚集體材料在多種細(xì)胞中的轉(zhuǎn)染效率遠(yuǎn)高于低代數(shù)和高代數(shù)樹形高分子,與分子量25kDa的支化聚乙烯亞胺(bPEI25kD)相當(dāng)。另外,該聚集體具有良好的生物相容性,其細(xì)胞毒性遠(yuǎn)低于高代數(shù)樹形高分子和bPEI25kD。在某些細(xì)胞上,其細(xì)胞毒性甚至低于低代數(shù)樹形高分子。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),在低代數(shù)樹形高分子表面直接引入可進(jìn)行化學(xué)交聯(lián)的巰基也可大幅提高其基因轉(zhuǎn)染效率。采用這種化學(xué)交聯(lián)的方式也可以提高其它高分子材料的基因轉(zhuǎn)染效率。 (2)以低代數(shù)樹形高分子和七氟丁酸酐為原料,通過簡單的化學(xué)反應(yīng)及提純方法獲得了氟化修飾的低代數(shù)樹形高分子,并將之用作為基因載體。這類基因載體在多種細(xì)胞上都表現(xiàn)出高基因轉(zhuǎn)染效率,遠(yuǎn)高于低代數(shù)和高代數(shù)樹形高分子以及一些商業(yè)化的轉(zhuǎn)染試劑,與當(dāng)前最佳的商業(yè)化轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine2000效率相當(dāng)。這類轉(zhuǎn)染載體在多細(xì)胞球體模型中表現(xiàn)出比Lipofectamine2000更佳的轉(zhuǎn)染效率。即使在低核酸濃度條件下,其轉(zhuǎn)染效率及在多細(xì)胞球體中的穿透深度均優(yōu)于Lipofectamine2000在高核酸濃度條件下的水平。此外,隨著修飾到樹形高分子表面的七氟丁酸基團(tuán)的數(shù)量增加,這類材料基因轉(zhuǎn)染時(shí)所需的氮磷比迅速降低。這些氟化修飾的低代數(shù)樹形高分子材料的分子量遠(yuǎn)低于常規(guī)的陽離子高分子基因載體,且具有較強(qiáng)的自組裝能力,可在水溶液中自組裝成100-200nm的囊泡結(jié)構(gòu),與脂質(zhì)體類基因載體的行為相似。細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)表明,氟化修飾的低代數(shù)樹形高分子具有良好的生物相容性,細(xì)胞毒性遠(yuǎn)低于氟化修飾的高代數(shù)樹形高分子和bPEI25kD等載體。 (3)在陽離子樹形高分子表面共價(jià)連接了一系列核酸堿基衍生物,并將之用作為基因載體。這類高分子材料可以有效地結(jié)合核酸形成穩(wěn)定的復(fù)合物。共價(jià)連接核酸堿基衍生物之后,樹形高分子材料的轉(zhuǎn)染效率大幅提升,與多種商業(yè)化的轉(zhuǎn)染試劑相當(dāng),而且轉(zhuǎn)染不同的核酸時(shí),表現(xiàn)出穩(wěn)定的轉(zhuǎn)染效率。這類載體的轉(zhuǎn)染效率與所修飾核酸堿基衍生物中的氫鍵供受體情況密切相關(guān),能與核酸堿基形成互補(bǔ)氫鍵的修飾產(chǎn)物表現(xiàn)出更高的轉(zhuǎn)染效率。在樹形高分子表面修飾核酸堿基衍生物不僅未帶來額外的細(xì)胞毒性,而且降低了陽離子樹形高分子自身的細(xì)胞毒性。因此,氫鍵調(diào)控方法可以發(fā)展成為一種制備高效、安全的高分子基因載體的新方法。 (4)在樹形高分子表面共價(jià)連接了α-,β-,γ-環(huán)糊精,并將之用作為藥物載體。借助二維核磁共振技術(shù)初步研究了以上三種共價(jià)連接產(chǎn)物對五種客體分子的裝載行為�？腕w分子在連接產(chǎn)物中的定位或分布取決于客體分子的尺寸,帶電狀態(tài),疏水性及環(huán)糊精的空腔尺寸。將環(huán)糊精共價(jià)連接到樹形高分子表面可改善樹形高分子的藥物裝載能力,擴(kuò)大樹形高分子裝載藥物的適用范圍,提高樹形高分子的生物相容性并提高其細(xì)胞攝入能力等,為臨床組合治療提供了新的材料設(shè)計(jì)策略。 本論文通過幾種新的化學(xué)修飾策略來制備高效、安全的高分子基因和藥物載體,在提高載體效率及生物相容性兩方面取得了雙贏。拓展了樹形高分子的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用范圍。后續(xù)的研究我們將進(jìn)一步評估這些高分子基因及藥物載體的體內(nèi)輸送效率及治療效果,為樹形高分子進(jìn)入臨床基因治療和藥物治療奠定良好的材料學(xué)基礎(chǔ)。
[Abstract]:Tree - shaped macromolecule is a kind of synthetic macromolecule with dendritic structure . This kind of molecule has some special properties such as good monodisperse property , definite size , controllable surface functional group , good water solubility and biocompatibility , etc . These properties make the tree - shaped macromolecule widely used in many fields . Especially in biomedical applications , the tree - shaped macromolecule is widely used as gene and drug carrier .

The purpose of this thesis is to design efficient and safe tree - shaped polymer gene and drug carrier . The following strategies are adopted : ( 1 ) the low - algebraic arborescent polymer is cross - linked by reduction - sensitive bifunctional cross - linking agent , thus preparing degradable nano aggregate ;
( 2 ) performing fluorination modification on the surface of a low - algebraic tree - shaped polymer , and forming a nano - vesicle structure by self - assembly ;
( 3 ) regulating the gene transfection efficiency of the dendritic polymer through hydrogen bonds ;
( 4 ) covalently linking the tree - shaped polymer and the cyclodextrin to improve the biocompatibility and the drug loading efficiency of the tree - shaped macromolecule .

in addition , that aggregate material prepared by the method has high cell uptake capability , and the aggregate material can be degraded in the cell .

( 2 ) The low - algebra tree - shaped polymer and heptafluorobutyric anhydride are used as raw materials to obtain fluorinated modified low - algebraic arborescent polymers through simple chemical reaction and purification methods . The transfection efficiency and the penetration depth in the multi - cell sphere are much better than that of the Lipofectamine 2000 under the condition of low nucleic acid concentration .

( 3 ) A series of nucleic acid base derivatives are covalently linked to the surface of a cationic tree polymer and used as a gene carrier . The high molecular material can effectively combine nucleic acid to form stable complexes . The transfection efficiency of the dendritic polymer material is greatly improved after covalent attachment of nucleic acid base derivatives , and the modified products with complementary hydrogen bonds with the nucleic acid bases show higher transfection efficiency . Therefore , the hydrogen bond regulating method can be developed into a novel method for preparing high efficiency and safe polymer gene carriers .

( 4 ) Co - covalently linking 偽 - , 尾 - , 緯 - cyclodextrin on the surface of tree - shaped polymer as a drug carrier . The localization or distribution of the above three covalently linked products to five guest molecules is investigated by means of two - dimensional nuclear magnetic resonance technology . The localization or distribution of the object molecules in the connection products depends on the size , charged state , hydrophobicity and the cavity size of the cyclodextrin . The covalent attachment of the cyclodextrin to the surface of the tree - shaped polymer can improve the drug loading capacity of the tree - shaped macromolecule , enlarge the application range of the tree - shaped macromolecule , improve the biocompatibility of the tree - shaped macromolecule and improve the cell uptake ability , and provide a new material design strategy for clinical combination therapy .

In this paper , several new chemical modification strategies are adopted to prepare high - efficiency , safe polymer gene and drug carrier , which has achieved win - win in improving the efficiency and biocompatibility of the carrier . The research on the efficiency and the therapeutic effect of these high - molecular genes and drug carriers will be further evaluated , which lays a good foundation for the entry of tree - shaped macromolecules into clinical gene therapy and drug therapy .

【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：R94

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1869761