专利名称：一种季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种SiRNA复合粒子，尤其涉及利用季铵化壳聚糖作为SiRNA传递载体构建的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子及其制备方法。
背景技术：
RNA干扰是一种发生于后转录阶段的一种特异性基因沉默现象，其中与目标基因序列同源的小干扰RNA(SiRNA)介导的RNA干扰现象研究最为广泛。随着化学合成siRNA技术的发展，RNA干扰越来越多地应用于诊断和治疗领域。siRNA是一种由大约二十多个核 苷酸组成的生物大分子，在体内应用中存在易被酶解、易被免疫系统清除、细胞摄入率低等问题。因此，选择合适的siRNA传递载体，制备安全、稳定、高效的载体/siRNA复合粒子具有重要意义。目前，病毒型siRNA载体虽然传递效率较高，但潜在的生物安全性问题制约了其广泛应用。非病毒型siRNA传递载体通常包括阳离子脂质体和阳离子聚合物两大类，后者的典型代表为聚乙烯亚胺、聚赖氨酸、壳聚糖等。季铵化壳聚糖是壳聚糖的衍生物，不仅继承了壳聚糖生物相容性好、无刺激性、无免疫原性、无热源反应、来源广泛、成本低廉等优点；同时还具有在生理条件下溶解性好、正电荷密度高等优势。以阳离子聚合物作为传递载体的siRNA复合粒子通常可采用静电络合法、胶束法、聚合物粒子(微球)表面固定或包覆法等方式制备。其中，静电络合法利用阳离子聚合物和siRNA分子间的静电相互作用，通过两组份间的自组装形成复合粒子；复合粒子中的siRNA可均匀分布在阳离子聚合物基质中，过量阳离子聚合物在粒子表面形成正电荷层。静电络合法避免了制备过程可能涉及的有机溶剂和超声处理对siRNA结构和生物活性的破坏；同时，表面正电荷层既保护siRNA免受RNA酶的降解，又有利于复合粒子与细胞膜相互作用以提高细胞摄入率。
发明内容
本发明的目的是提供一种以季铵化壳聚糖作为siRNA传递载体、具有高活性和高 沉默效率的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子及其制备方法。将生物安全性好、来源广泛、成本低廉的季铵化壳聚糖与siRNA分子在水相中通过静电相互作用络合，采用简便快捷的制备过程得到季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子。本发明的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子，是由季铵化壳聚糖和siRNA两个组分按质量比为O. 5:1-50:1，在水相中通过静电相互作用络合而成。上述的季铵化壳聚糖的季铵化度为22%_60%、粘均分子量在5-200w、脱乙酰度在80%以上。上述的siRNA是特异性针对绿色荧光蛋白基因的siRNA (EGFP-siRNA)、特异性针对GAPDH基因的siRNA(GAPDH-siRNA)、特异性针对转化生长因子β I基因的siRNA (TGF-β Ι-siRNA)或特异性针对 I 型胶原基因的 siRNA (Col I -siRNA)。
本发明的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的制备方法，包括以下步骤(1)37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为O. 1%，在121 oC、0. IMPa条件下灭菌至少30min ；
(2)用步骤(I)制得的焦碳酸二乙酯水分别配制l—2000yg/mL的季铵化壳聚糖溶液和 IOO — 500 μ g/mL 的 siRNA 溶液；
(3)将步骤(2)的siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率大于2000rpm，siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为I: I一 1:100 ;
(4)将步骤(3)混合液在4°C一60°C静置孵化O. 5 — 2h，得到季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子。本发明制备过程中，步骤(2)优选季铵化壳聚糖溶液的浓度为3. 45 — IOOOyg/mL, siRNA 溶液的浓度为 200— 400 μ g/mL。本发明制备过程中，步骤(3)优选siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为 1:4—1:58。本发明制备过程中，所用的季铵化壳聚糖的季铵化度为22%-60%、粘均分子量在5-200w、脱乙酰度在80%以上。所用的siRNA是特异性针对绿色荧光蛋白基因的siRNA(EGFP-siRNA)、特异性针对GAPDH基因的siRNA(GAPDH-siRNA)、特异性针对转化生长因子β I基因的siRNA (TGF-β Ι-siRNA)或特异性针对I型胶原基因的siRNA (Col I -siRNA)。本发明的优点
本发明采用季铵化壳聚糖为siRNA传递载体，该载体具有生物安全性好、来源广泛、成本低廉等优点；同时，季铵化壳聚糖在生理条件下溶解性好、正电荷密度高，有利于提高siRNA复合粒子的稳定性和传递效率。本发明以季铵化壳聚糖和siRNA间的静电络合作用为驱动力，制备条件温和、过程简单；同时可通过对电荷比、孵化温度、孵化时间等参数的控制，制备具有不同尺寸和表面电荷、高生物学活性的siRNA复合粒子。通过本发明制备的siRNA复合粒子可含有特异性针对各种致病基因的siRNA，复合粒子可通过全身给药和局部给药等方式特异性介导目标基因沉默、阻断致病基因的表达，在各类疾病的诊断与癌症治疗、组织再生修复治疗以及器官的再生与重建方面具有广泛应用前景。
图I为不同氮/磷(NP)比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的粒径。图2为不同NP比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的表面电荷。图3为不同NP比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的siRNA结合率。图4为不同NP比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子在血清中的稳定性。图5为不同NP比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子被HEK293细胞吞噬的比率。图6为不同NP比条件制备的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子对HEK293细胞eGFP表达的沉默性能。图7为季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子对HEK293细胞eGFP表达沉默的特异性以及siRNA剂量的影响。图8为季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子对人真皮成纤维细胞TGF- β I表达的沉默效果。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作详细说明。实施例I :
37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯(DEPC)加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为0.1%，在121 °G、0. IMPa灭菌30min。用上述制得的DEPC水分别配制3. 45 μ g/mL、8. 62 μ g/mL、17. 2 μ g/mL >34. 5 μ g/mL >69 μ g/mL、138 μ g/mL、345 μ g/mL 的季铵化壳聚糖(季铵化度为32%、分子量5w、脱乙酰度85%)溶液和200 μ g/mL的GAPDH-siRNA溶液。将GAPDH-siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率3000rpm，GAPDH-siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液 的体积比为1:29。将混合液在37°C静置孵化lh，即制得氮/磷(NP)比(季铵化壳聚糖上N原子和GAPDH-siRNA上P原子的摩尔比)分别为1、2. 5、5、10、20、50、100的季铵化壳聚糖/GAPDH-siRNA复合粒子。由此，通过NP比的调控、得到不同尺寸、不同表面电荷、不同结合率的复合粒子。用动态光散射(DLS)测量的粒子直径如图I所示，所有复合粒子的直径均在500nm以下。Zeta电位仪测得的表面电位如图2所示，随着NP比的升高，粒子表面正电荷密度逐渐增大，至20mV左右后达到饱和。以20%聚丙烯酰胺凝胶电泳及SYBR Gold染色分析测得的siRNA结合率如图3所示，NP比高于10的粒子可达90%以上的siRNA结合率。实施例2
37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯(DEPC)加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为0.1%，在121 °C、0. IMPa灭菌30min。用上述制得的DEPC水分别配制17. 2 μ g/mL、34. 5 μ g/mL、69 μ g/mL的季铵化壳聚糖(季铵化度为60%、分子量150w、脱乙酰度88%)溶液和400 μ g/mL的Col I -siRNA溶液。将Col I -siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率3000rpm，Col I -siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为1:58。将混合液在25°C静置孵化O. 5h，即制得NP比分别为5、10、20的季铵化壳聚糖/Col I -siRNA复合粒子。复合粒子在胎牛血清终浓度为25%的DMEM培养基中37°C孵化后，经80°C水浴5min以终止血清活性，随即用5mg/mL肝素水溶液37°C孵化Ih以充分解离释放复合粒子中的所有Col I -siRNA分子。经上述处理的样品以20%的聚丙烯酰胺凝胶电泳和SYBR Gold染色观察分析，Col I -siRNA余存率如图4所示。ColI -siRNA复合粒子在血清中可以抵御RNA酶的降解、具有高度稳定性NP比为10的复合粒子可有效保护Col I -siRNA至少12h ；NP比为20的复合粒子可有效保护Col I -siRNA至少48h。实施例3
37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯(DEPC)加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为O. 1%，再 121 oC、0. IMPa 灭菌 30min。用上述制得的 DEPC 水分别配制 8. 62 μ g/mL、17· 2μ g/mL >34. 5 μ g/mL >69 μ g/mL >138 μ g/mL的季铵化壳聚糖(季铵化度为22%、分子量10w、脱乙酰度82%)溶液和200 μ g/mL的荧光标记的siRNA溶液。将siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率3000rpm，siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为1:29。将混合液在25°C静置孵化lh，即制得NP比分别为2. 5、5、10、20,50的季铵化壳聚糖/FAM-siRNA复合粒子。HEK293细胞培养24h之后，分别加入siRNA终浓度为IOOnM的各NP比复合粒子和裸siRNA以及LipofectamineTM/siRNA复合粒子(按Lipofectamine 产品说明书制备)。无血清条件共培养6h之后，细胞以胰酶消化收集，用流式细胞仪检测FAM绿色荧光为阳性的细胞比率，见图5。NP比大于5的季铵化壳聚糖/FAM-siRNA复合粒子具有很强的被HEK293细胞吞噬的能力，可有效吞噬粒子的细胞比例高达 90%。实施例4
37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯(DEPC)加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为O. 1%，在121 oC、0. IMPa灭菌至少30min。用上述制得的DEPC水分别配制17. 2 μ g/mL、34. 5 μ g/mL、69 μ g/mL、138 μ g/mL的季铵化壳聚糖(季铵化度为40%、分子量25w、脱乙酰度85%)溶液和200 μ g/mL的EGFP-siRNA溶液。将EGFP-siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率3000rpm，EGFP-siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为1:29。将混合液在37°C静置孵化O. 5h，即制得NP比分别为5、10、20、50的季铵化壳聚糖EGFP-siRNA复合粒子。HEK293细胞培养24h之后，分别加入EGFP-siRNA 终浓度为20nM、40nM、100nM、150nM的各NP比复合粒子和对应浓度的裸EGFP-siRNA、纯季铵化壳聚糖溶液、季铵化壳聚糖/mis-siRNA (不特异性针对任何基因的siRNA)复合粒子、Lipofectamine /EGFP-siRNA复合粒子(按Lipofectamine 产品说明书制备)。无血清条件共培养6h之后，更换为新鲜的完全培养基。继续培养42h之后，细胞以胰酶消化收集，用流式细胞仪测试EGFP荧光强度，如图6、7。NP比为10-50的季铵化壳聚糖/EGFP-siRNA复合粒子可使得HEK293细胞EGFP的表达下降40%_60% ;且这种基因沉默效应是特异性的，并具有剂量依赖性。实施例5
37°C，搅拌下将焦碳酸二乙酯(DEPC)加入到Milli-Q水中，使焦碳酸二乙酯体积浓度为O. 1%，在121 oC、0. IMPa灭菌至少30min。用上述制得的DEPC水分别配制500 μ g/mL、1000 μ g/mL的季铵化壳聚糖(季铵化度为40%、分子量25w、脱乙酰度85%)溶液和400 μ g/mL的TGF- β Ι-siRNA溶液。将TGF- β I-siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率3000rpm，TGF-β I-siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为1:4。将混合液在37°C静置孵化O. 5h，即制得NP比分别为10、20的季铵化壳聚糖/TGF- β Ι-siRNA复合粒子。人真皮成纤维细胞培养24h之后，分别加入siRNA终浓度为50nM的各NP比复合粒子和对应浓度的裸TGF-β l_siRNA、季铵化壳聚糖/mis-siRNA(不特异性针对任何基因的siRNA，NP比为10)复合粒子、LipofectamineTM/TGF-e I-siRNA复合粒子(按Lipofectamine 产品说明书制备)。无血清条件共培养6h之后,更换为新鲜的完全培养基。继续培养42h之后，细胞裂解并用聚合酶链式反应技术测定TGF- β I的mRNA水平如图8。季铵化壳聚糖/TGF-β Ι-siRNA复合粒子对人真皮成纤维细胞转化生长因子β I的表达具有特异性沉默效果。
权利要求
1.一种季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子,其特征在于由季铵化壳聚糖和siRNA两个组分按质量比为0. 5:1-50: I、在水相中通过静电相互作用络合而成。
2.根据权利要求I所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子，其特征在于所说的季铵化壳聚糖的季铵化度为22% — 60%、粘均分子量在5— 200w、脱こ酰度在80%以上。
3.根据权利要求I所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子，其特征在于所说的siRNA是特异性针对绿色荧光蛋白基因的siRNA、特异性针对GAPDH基因的siRNA、特异性针对转化生长因子P I基因的siRNA或特异性针对I型胶原基因的siRNA。
4.制备权利要求I所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的方法，其特征在于包括以下步骤 (1)37°C，搅拌下将焦碳酸ニこ酯加入到Milli-Q水中，使焦碳酸ニこ酯体积浓度为0.1%，在121 oC、0. IMPa条件下灭菌至少30min ； (2)用步骤(I)制得的焦碳酸ニこ酯水分别配制I一2000i!g/mL的季铵化壳聚糖溶液和 100— 500 u g/mL 的 siRNA 溶液； (3)将步骤(2)的siRNA溶液滴加入季铵化壳聚糖溶液中，涡旋振荡混合均匀，得混合液，涡旋振荡速率大于2000rpm，siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为I: I一 1:100 ; (4)将步骤(3)混合液在4°C一60°C静置孵化0.5 — 2h，得到季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子。
5.根据权利要求4所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的制备方法，其特征在于所用的季铵化壳聚糖的季铵化度为22% — 60%、粘均分子量在5— 200w、脱こ酰度在80%以上。
6.根据权利要求书4所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的制备方法，其特征在于所用的siRNA是特异性针对绿色荧光蛋白基因的siRNA、特异性针对GAPDH基因的siRNA、特异性针对转化生长因子P I基因的siRNA或特异性针对I型胶原基因的siRNA。
7.根据权利要求4所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的制备方法，其特征在于步骤(2)季铵化壳聚糖溶液的浓度为3.45—1000 u g/mL, siRNA溶液的浓度为200— 400 u g/mLo
8.根据权利要求4所述的季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子的制备方法，其特征在于步骤(3)siRNA溶液与季铵化壳聚糖溶液的体积比为1:4一1:58。
全文摘要
本发明公开了一种季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子及其制备方法。以季铵化壳聚糖上带正电荷的季铵基团与带负电荷的siRNA分子间的静电相互作用为驱动力，在水相中以涡旋振荡引发分子自组装，并通过调控分子电荷比、孵化温度、孵化时间等参数，制备了具有尺寸和表面电荷可控的高生物活性季铵化壳聚糖/siRNA复合粒子。本发明以季铵化壳聚糖作为siRNA传递载体，材料细胞毒性低、来源广泛、成本低；复合粒子制备过程条件温和、简单易行，可有效保持siRNA的生物活性。制备复合粒子所用的siRNA可针对目标基因的特殊设计，并能被细胞有效摄入并诱发目标基因的沉默效应，在癌症治疗、组织再生修复等领域具有良好应用前景。
文档编号A61K49/00GK102657880SQ20121013919
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月8日 优先权日2012年5月8日
发明者刘幸, 马列, 高长有 申请人:浙江大学