近日，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院李劍峰課題組與物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院?jiǎn)滩┱n題組在國(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》 (Angewandte Chemie International Edition)發(fā)表了題為“Precise PBAEs: A Highly Efficient Single-Molecularly Defined Gene-Delivery System”的研究論文，報(bào)道了一種全新的具有精確分子量、化學(xué)結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的聚β氨基酯（PBAE）合成方法，為基因治療遞送載體的設(shè)計(jì)提供新策略。

作為重要的基因遞送載體，PBAE具有核酸包封能力強(qiáng)、細(xì)胞攝取和溶酶體逃逸效率高等優(yōu)點(diǎn)。由于其合成原料易得，結(jié)構(gòu)多樣性豐度且生物相容性高，目前被廣泛應(yīng)用于pDNA、mRNA和siRNA等多種核酸的體內(nèi)外遞送。傳統(tǒng)的PBAE是通過(guò)邁克爾加成反應(yīng)得到，這種方法缺乏對(duì)材料結(jié)構(gòu)的有效控制，反應(yīng)批次差異可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)染效率、靶向性和毒性等的波動(dòng)。因此，開(kāi)發(fā)單分散PBAE并深入研究分子量、化學(xué)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)基因遞送性能的影響十分必要。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)采用迭代指數(shù)增長(zhǎng)策略（iterative exponential growth, IEG）來(lái)實(shí)現(xiàn)PBAE的精確合成。該策略利用帶有正交保護(hù)基的低聚物之間的重復(fù)偶聯(lián)，制備了具有單分子級(jí)分散度的低聚酯和聚酯（Precise PBAE）。本研究通過(guò)設(shè)計(jì)β-氨基ω-羥基羧酸IEG單體，將具有高效遞送效率PBAE的所有必要結(jié)構(gòu)元素納入，選取三種不同的分子量（2-mer、4-mer和8-mer）、三種不同的末端基團(tuán)（酸性、中性和堿性）和兩種不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（線(xiàn)性和大環(huán)），建立了總共包含10種精確PBAE化合物庫(kù)，并通過(guò)細(xì)胞轉(zhuǎn)染和基因編輯效率進(jìn)行活性評(píng)估。結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)多分散PBAE相比，含胍基封端的4聚PBAE（Guanidine-4mer）具有更高的核酸遞送效率，提示胍基的存在可大大降低對(duì)PBAE起效分子量的要求（約1 kDa即可有效介導(dǎo)pDNA的轉(zhuǎn)染）。此外，環(huán)狀8聚PBAE（Macrocycle-8mer）比線(xiàn)性8聚PBAE（OTg-8mer）基因轉(zhuǎn)染效率更優(yōu)，明確揭示了大環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)增強(qiáng)基因遞送效率的貢獻(xiàn)。

本研究提出了一個(gè)全新的單分散PBAE構(gòu)建策略，為深入探索PBAE核酸遞送規(guī)律和機(jī)制等提供了有力工具，未來(lái)還將基于該平臺(tái)繼續(xù)開(kāi)發(fā)高效、特異、安全的精準(zhǔn)PBAE，為基因治療提供更優(yōu)異的遞送載體。

圖：Precise PBAE的構(gòu)建策略及優(yōu)勢(shì)。

本文第一作者為上?？萍即髮W(xué)喬博課題組博士生馬榕和李劍峰課題組碩士生常艷，喬博教授和李劍峰教授為共同通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為唯一完成單位和通訊單位。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202422134