華南理工大學程義雲課題組在Nano Letters上發表了具有pH響應性的相變高分子材料在蛋白胞內遞送中的研究。研究將適量的疏水基團修飾於可質子化的陽離子載體上，得到了具有pH響應性相變的高分子載體，其可在50%以上的血清中仍能夠高效遞送各種蛋白質。
高效的蛋白質胞內遞送系統在生物技術和蛋白治療的應用中十分重要。目前開發的蛋白質胞內遞送系統包括物理方法、穿膜肽修飾、胞外囊泡、脂質體、無機納米顆粒、納米凝膠、以及聚合物等。而這些載體系統大多主要通過靜電相互作用結合蛋白，形成的複合物在生理條件下，尤其是在血漿中極不穩定。這是由於血漿中高豐度的血清蛋白可以與載體競爭結合，使貨物蛋白在進入細胞之前就被提前釋放。因此迫切需要開發具有高血清穩定性的蛋白質胞內遞送系統。目前開發的幾種提高材料和蛋白質複合物在血清中穩定性的方法包括：用特定配體修飾蛋白質以增強其與載體的特異性相互作用；聚合物/蛋白質納米顆粒的共價交聯；在複合物表面引入具有防污性能的親水層，例如聚乙二醇 (PEG)，用以抵抗蛋白質吸附。但這些方法通常需要複雜的化學合成，並可能導致蛋白質生物活性的降低，以及複合物在內吞後在難以胞內釋放等問題。
圖1. 具有相轉變性質的樹形高分子用於蛋白質的胞內遞送
近日，程義雲課題組在Nano Letters上發表了pH響應的相轉變材料用於蛋白質胞內遞送的研究。利用疏水基團4-二乙氨基苯基修飾的聚醯胺-胺樹形高分子在不同pH水溶液中的溶解性不同的性質，實現了材料和蛋白複合物在生理條件下的高血清穩定性和高效胞內遞送。
圖2. 相轉變材料的表徵
聚醯胺-胺樹形高分子內部叔胺基團在弱酸下能夠被質子化，在適量疏水基團修飾後可以使其具有良好的pH響應性相變能力。在質子化的狀態下，樹形高分子可通過靜電和疏水相互作用結合蛋白。在生理條件下，材料去質子化，疏水性增強，進一步地穩定了複合物。實驗結果證明，該複合物在生理pH下具有很好的血清穩定性，在100%血清中仍能夠保持大部分的貨物蛋白不被競爭釋放，並在弱酸性環境下響應性釋放貨物蛋白，保證了其在細胞內吞後能快速的內涵體逃逸並釋放貨物蛋白。
圖3. 蛋白質的胞內遞送
研究團隊以EGFP為模型蛋白驗證了材料的蛋白質胞內遞送效果。實驗結果表明，4-二乙氨基苯基修飾的聚醯胺-胺G5樹形高分子在50%以上的血清培養基中仍能夠高效遞送EGFP蛋白。此外, 該材料還能夠在含血清條件下遞送多種功能蛋白。總的來講，該研究通過將疏水基團接枝於 pH 響應聚合物上，獲得了能夠在生理 pH 範圍內發生響應性相變的材料，並成功應用於蛋白質的抗血清胞內遞送。這一設計方法適用於其它具有質子緩衝能力的陽離子聚合物和疏水性配體，為生物大分子的胞內遞送提供了一個全新的思路。
圖4. 材料普適性研究
相關論文發表在Nano Letters上，華南理工大學博士研究生張松為文章的第一作者，程義云為通訊作者。
來源；華南理工大學
論文連結
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03031