溴取代的芳香化合物修飾的高分子材料及制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明設及高分子化學，有機合成W及生物材料技術領域，具體設及一種漠取代 的芳香化合物修飾的陽離子高分子材料及其制備方法和應用。
【背景技術】
[0002] 基因轉染是分子生物學和基因治療中一種非常重要的技術手段，它是指將外源基 因導入細胞，從而獲得新的遺傳性狀的過程。基因轉染需要轉染載體將帶有目的基因的核 酸片段運送到細胞內并保護它不被細胞內外存在的核酸酶所降解。目前使用的基因轉染載 體主要包括病毒類載體和非病毒類載體。在過去的200多年中，病毒類基因轉染載體因為 具有較高的基因轉染效率受到了科學界廣泛的關注。但病毒類載體存在攜帶基因能力有 限、生產造價高W及存在安全性隱患等問題，運在很大程度上限制了病毒類基因轉染載體 的應用。隨著科學界對更加安全、穩定的基因轉染載體的需要，很多非病毒類基因轉染載體 應運而生了。
[0003] 陽離子聚合物是一類廣泛使用的非病毒類基因轉染載體。它易于生產，可生物降 解，結構靈活，易于對其表面進行多功能化的修飾，并且可W將大分子量的質粒轉到活細胞 中。聚酷胺-胺樹形高分子和聚乙締亞胺是兩種典型的陽離子聚合物基因轉染載體。由 于表面大量的氨基基團的存化他們可W將DNA濃縮成很小的納米顆粒，不僅有利于將DNA 導入細胞，而且能夠保護DNA不被外部的核酸酶降解。其內部的Ξ級胺結構可W起到"質 子海綿"的作用，促進DNA復合物在細胞內涵體的逃逸，但是聚酷胺-胺樹形高分子W及 聚乙締亞胺陽離子聚合物在基因轉染過程中對常見常用細胞系（如肥K293、HeLa、C0S-7 細胞等）表現出的低的或者中等的基因轉染效率，W及較高的細胞毒性限制了他們的臨床 應用。近年來，許多研究工作者在運兩類陽離子聚合物表面連接了各種修飾基團，如氨基 酸、脂質體、多膚、環糊精、寡氨、聚乙二醇、糖基等來增強其生物相容性和轉染效果。目前， W聚酷胺-胺樹形高分子和聚乙締亞胺為基礎的基因轉染載體如SuperFect、Priofect、 PolyFect，Je巧El等已經成功商業化。但是，現有技術中基于陽離子聚合物合成的基因轉 染載體有比較復雜的合成路線、高昂的材料成本，W及高的細胞毒性。運些缺陷在很大程度 上制約了其在生物醫學領域廣泛應用。因此亟需通過新的修飾及改良方法合成具有較高的 基因轉染效率和良好生物相容性的轉染載體。

【發明內容】

[0004] 本發明克服現有陽離子高分子轉染材料及其合成方法的不足，提出了一種基于漠 取代的芳香環化合物修飾的陽離子高分子轉染載體，可W高效、安全、低毒地轉染核酸或蛋 白質。本方法利用漠取代的芳香環化合物和陽離子高分子材料作為原料，反應高效、安全、 合成成本較低，得到的轉染載體具備細胞毒性小、轉染效率高等優點。
[0005] 本發明提供了一種漠取代的芳香環化合物修飾的高分子材料，其結構如式（1)所 示，包括陽離子高分子骨架W及漠取代的芳香環化合物功能基團，所述含漠芳香環化合物 功能基團共價連接在陽離子高分子表面；所述陽離子高分子表面為伯胺基團；
[0006] R-燈-S)x式（1)，
[0007] 式（1)中：
[0008] R為所述高分子骨架，所述高分子骨架為陽離子高分子骨架；
[0009] Y為連接基團；
[0010] S為漠取代的芳香化合物功能基團；
[0011] X為 1-1024 的整數。
[0012] 其中，所述R為如式（2)所示的聚酷胺-胺樹形高分子、如式（3)所示的聚丙締亞 胺樹形高分子、如式（4)所示的聚賴氨酸陽離子高分子、如式（5)所示的線性聚乙締亞胺陽 離子高分子或如式（6)所示的支化聚乙締亞胺陽離子高分子，
[0013]
[0014] 所述式似和式（3)中：
[0015] Μ是樹形高分子的核屯、，包括氨、乙二胺、下二胺、己二胺、辛二胺、葵二胺和 1，12-十二燒二胺；
[0016] η是1-10的整數；
[0017] m是2-4的整數； 陽01引所述式（4)中，q是1-1024的整數；
[0019] 所述式巧）中，r是1-1024的整數；
[0020] 所述式（6)中，X，y是1-1024的整數。
[0021] 所述Y如式（7)、式做、式巧）、式（10)、式（11)或式（12)所示：
[0022]
W23]式（7);式做；式巧）；式（10);式（11);式（。）；
[0024] 所述S如式（13)、式（14)、式（15)、式（16)、式（17)或式（18)所示： 陽0巧]
[0026] 本發明漠取代的芳香環化合物修飾的陽離子高分子材料，包括陽離子高分子骨架 W及漠取代的芳香環化合物功能基團，所述漠取代的芳香環化合物功能基團共價連接在陽 離子高分子表面；所述陽離子高分子骨架包括聚酷胺-胺樹形高分子，聚丙締亞胺樹形高 分子、聚賴氨酸陽離子高分子、線性聚乙締亞胺陽離子高分子或支化聚乙締亞胺陽離子高 分子，所述陽離子高分子表面的伯胺基團與所述漠取代的芳香環化合物的修飾基團進行取 代、酷化、橫酸化等反應，W酷胺鍵、氨基橫酸鍵等化合鍵連接。
[0027] 本發明還提出了一種式（1)所示陽離子高分子材料的制備方法，將漠取代的芳香 環化合物及陽離子高分子溶解于水或有機溶劑，攬拌反應48-168小時，通過反應將含漠取 代的芳香環化合物功能基團共價連接到陽離子聚合物表面，得到如式（1)所示的陽離子高 分子材料。
[0028] 具體地，漠取代的芳香環化合物修飾的陽離子高分子材料制備方法，W所述陽離 子高分子和所述漠取代的芳香環化合物為原料，首先將漠取代的芳香環化合物溶于溶劑 中，之后向溶劑中加入適量的活化劑進行活化，再按照一定的比例逐滴滴加所述陽離子高 分子的水或有機溶液；一定的反應溫度下攬拌反應，得到如式（1)所示的陽離子高分子材 料。
[0029] 本發明制備方法中，所述溶劑為有機溶劑或水；
[0030] 其中，所述有機溶劑包括甲醇、乙醇、二甲亞諷、N，N-二甲基甲酯胺和四氨巧喃等 可溶解所述漠取代的芳香環化合物的有機溶劑。
[0031] 本發明制備方法中所述漠取代的芳香環化合物包括4-漠苯甲酸、4-漠苯甲醒、 4-漠苯異氯酸醋、3-漠苯甲酸、2-漠苯甲酸、3, 5-二漠苯甲酸等含漠芳香環衍生物。
[0032] 本發明制備方法中，所述反應時間為48-168小時；所述反應溫度為0-37°C。
[0033] 本發明還提出了式（1)所示的漠取代的芳香環化合物修飾的高分子材料作為核 酸或蛋白質分子的輸送載體的應用。
[0034] 其中，所述核酸包括DNA、siRNA、shRNA、microRNA和修飾的核酸。
[0035] 其中，所述蛋白是膚、修飾的膚、蛋白或修飾的蛋白。
[0036] 本發明還提出了一種新的復合物，其包括含有如式（1)所示的漠取代的芳香環化 合物修飾的高分子材料和核酸或蛋白質，由所述式（1)轉染材料攜帶所述核酸或蛋白質。
[0037] 在一個具體的實施例中，在室溫下，將所述陽離子高分子材料和特異性敲除巧光 素酶的siRNA形成復合物，在該復合物中，由所述陽離子高分子材料攜帶核酸。
[0038] 陽離子高分子包括聚酷胺-胺樹形高分子，聚丙締亞胺樹形高分子、聚賴氨酸陽 離子高分子、線性聚乙締亞胺陽離子高分子和支化聚乙締亞胺陽離子高分子，其表面存在 大量的氨基可W很好地結合和濃縮核酸或蛋白質，將核酸或蛋白質轉入細胞內。其內部的 Ξ級胺結構可W通過"質子海綿"機制幫助核酸或蛋白質成功地從內含體逃逸。但是運些 陽離子高分子聚合物一般只具有較低或中等的基因轉染效率。本發明制備的如式（1)所示 的漠取代的芳香環修飾的高分子材料作為轉染載體能有效地提高原陽離子高分子轉染核 酸或蛋白質的效率，達到商業化lipofectamine2000的級別，同時降低了細胞毒性。因 此，本發明的漠取代的芳香環修飾的高分子材料的制備方法合成工藝簡單、材料組成可控、 成本低廉，制備的高分子材料能有效且安全地將核酸或蛋白質分子輸送到細胞中，具有轉 染效率高和毒性低等優點。
【附圖說明】
[0039] 圖1為實施例1中所制備的陽離子高分子材料G5-4-Br〇-a，G5-N=C-4-Bro-a，G 5-NH-4-Br〇-a,G5-2-Br〇-a,G5-3-B;r〇-a,G5-3,S-Bro-a的一維核磁共振圖譜。
[0040] 圖2為實施例1中所得的陽離子高分子材料G5-4-Br〇-47和G5-3, 5-Br〇-30在 化la-luc細胞上對巧光素酶基因的敲除效率對比圖。 陽0川 圖3為實施例2制備的陽離子高分子材料PEI-3, 5-Bro-lOO、PEI和 Lipofectamine2000在化la-Luc細胞上對巧光素酶的敲除效率對比圖。
【具體實施方式】
[0042] 結合W下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明，本發明的保護內容 不局限于W下實施例。在不背離發明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變 化和優點都被包括在本發明中，并且W所附的權利要求書為保護范圍。實施本發明的過程、 條件、試劑、實驗方法等，除W下專口提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常 識，本發明沒有特別限制內容。 陽043] 實施例1:
[0044] 本發明基于第五代聚酷胺-胺型樹形高分子和漠取