小分子阳离子脂质递送系统设计及其应用研究

1.本书主要围绕基因治疗及非病毒基因载体，系统地介绍了小分子阳离子脂质递送系统在大分子核酸分子及小分子抗癌药物递送中的原理、应用及相关研究进展。 2.目前相关研究较多，也有很多新进展，但相关研究的专著尚未有，以此补充先关领域研究成果空白。 3.本书是作者延续自己硕博研究生期间的研究课题，跟踪收集近几年来在非病毒阳离子基因递送系统新技术的研究资料，并结合多年来在小分子阳离子脂质基因递送系统研究中的一些经验的基础上撰写的。

基因治疗是指将外源正常基因导入靶细胞，以纠正或补偿缺陷和异常基因，达到治疗目的的医学新技术，其关键在于开发安全高效的基因递送系统。阳离子脂质体由于具有生物相容性良好、结构简单明确、重现性好以及可大规模生产等优点使其在基因治疗领域备受关注。阳离子脂质的亲水头部、疏水尾部以及连接键的轻微变化会对其脂质体的形成、与DNA 相互作用等物理化学性质及后续的转染性能产生显著的影响。同时，相较于病毒载体，阳离子脂质体转染效率低、血清耐受性不好，限制了其在基因治疗中的临床应用。因此，继续开发高转染效率和低细胞毒性的阳离子脂质，探寻基因递送的机制，研究其结构-活性关系并不断对结构进行调节优化，对得到理想的基因载体并最终实现基因治疗仍具有特殊重要意义。
本书围绕基因治疗及非病毒基因载体，系统地介绍了小分子阳离子脂质递送系统在大分子核酸分子及小分子抗癌药物递送中的原理、应用及相关研究进展。本书是在跟踪收集近几年来在非病毒阳离子基因递送系统新技术的研究资料，并结合作者多年来在小分子阳离子脂质基因递送系统研究中的一些经验的基础上编写的，旨在为从事相关领域研究、开发和生产工作的同仁们提供一些借鉴或参考，也希望对化学生物学、生物有机化学、生物材料相关领域的科研人员、高校教师和研究生有指导作用。
本书编写过程中得到了许多帮助和支持，感谢四川大学和重庆文理学院提供良好的科研环境，感谢重庆文理学院引进人才项目对本课题的大力资助，同时感谢化学工业出版社和相关院校同行专家的鼓励与指导。
由于编者水平有限，书中难免有疏漏之处，敬请读者批评指正。

编者
2022 年6 月

阳离子脂质的设计合成及其递送系统性能研究是当前生物材料研究的热点，本书主要围绕基因治疗及非病毒基因载体，系统地介绍了小分子阳离子脂质递送系统在大分子核酸分子及小分子抗癌药物递送中的原理、应用及相关研究进展；并就头尾型阳离子脂质、双子型阳离子脂质、对称的哑铃型阳离子脂质、非对称的哑铃型阳离子脂质及基于金属配合物的阳离子脂质基因载体或药物递送载体在内的多种小分子阳离子脂质的特点、制备方法、基因递送中的应用以及小分子阳离子脂质递送生物材料进行了系统的阐述；总结了各类阳离子脂质结构-活性关系，为指导实验设计合成结构新颖、高效、低毒、靶向的阳离子脂质递送系统提供理论依据和参考。
本书可供化学生物学、生物有机化学、生物材料相关领域的科研人员、高校教师和研究生阅读参考。

1 非病毒基因递送系统概述 001
1.1 基因治疗与基因载体 003
1.2 阳离子聚合物类基因载体 004
1.3 阳离子脂质体类基因载体 005
1.3.1 头尾型阳离子脂质研究进展 007
1.3.2 双子型阳离子脂质研究进展 014
1.3.3 哑铃型阳离子脂质研究进展 016
1.4 阳离子脂质体介导的基因转染过程 019
1.5 基因转染障碍及提高转染效率的方法 020
1.5.1 DNA 的压缩 020
1.5.2 细胞结合及细胞摄取 021
1.5.3 内涵体逃逸 022
1.5.4 核传输及DNA 的释放 024
1.5.5 多种方法的综合应用 025
1.6 细胞内刺激响应型载体研究 025
1.6.1 pH 响应型载体 025
1.6.2 氧化还原响应型载体 025
1.6.3 ROS 响应型载体 026
1.6.4 ATP 响应型载体 026
1.6.5 酶响应型载体 027
1.7 展望 027
参考文献 028

2 基于Cyclen 亲水头部的头尾型阳离子脂质非病毒基因载体 031
2.1 引言 033
2.2 目标阳离子脂质的合成 034
2.3 酸碱缓冲能力测定 035
2.4 脂质体和脂质体/DNA 复合物的形成及表征 036
2.4.1 DOPE 比的筛选 036
2.4.2 脂质体与DNA 的相互作用 038
2.4.3 平均粒径和表面电位 039
2.4.4 TEM 表征 041
2.5 体外细胞毒性 042
2.6 体外基因转染 043
2.6.1 绿色荧光蛋白表达实验 043
2.6.2 荧光素酶实验 044
2.6.3 钙离子调节的体外转染 044
2.7 转染机理研究 046
2.7.1 细胞流式实验 046
2.7.2 激光扫描共聚焦显微实验 047
参考文献 049

3 基于Cyclen 亲水头部的双子型阳离子脂质非病毒基因载体 051
3.1 引言 053
3.2 目标双子型阳离子脂质的合成 053
3.3 脂质体与DNA 的相互作用 055
3.4 体外细胞毒性 058
3.5 体外基因转染 058
3.6 转染机理考察 060
3.7 钙离子优化转染效果 062
3.8 透明质酸形成的三元复合物 062
参考文献 069

4 对称的哑铃型阳离子脂质非病毒基因载体 071
4.1 引言 073
4.2 目标哑铃型阳离子脂质的合成 075
4.3 哑铃型阳离子脂质体的制备及其与DNA 的相互作用 076
4.3.1 哑铃型阳离子脂质体的制备 076
4.3.2 哑铃型阳离子脂质体与DNA 的相互作用 077
4.3.3 哑铃型阳离子脂质体及其复合物的物理化学性质表征 079
4.4 体外细胞毒性 082
4.5 体外基因转染 083
4.6 转染机理研究 086
参考文献 090

5 功能化的不对称的哑铃型两亲性分子非病毒基因载体 091
5.1 引言 093
5.2 不对称的哑铃型两亲性分子的合成 094
5.3 哑铃型脂质体与DNA 的相互作用 095
5.4 体外细胞毒性 098
5.5 体外转染实验 100
5.6 转染机理研究 102
5.6.1 细胞摄取效率及内吞途径 102
5.6.2 pH 敏感特性和内涵体逃逸实验 105
参考文献 107

6 功能化的不对称的哑铃型两亲性分子在药物递送中的研究 109
6.1 引言 111
6.2 哑铃型两亲性分子的自组装性质 112
6.2.1 临界聚集浓度 112
6.2.2 粒径电位和形貌 113
6.3 阿霉素的包裹 114
6.4 阿霉素在细胞内的释放情况 115
6.5 体外抗肿瘤效应 119
参考文献 122

7 基于Cyclen-锌离子配合物的脂质作为非病毒基因载体的研究 123
7.1 引言 125
7.2 阳离子脂质和对应锌配合物的合成 127
7.3 Zn-Cyclen 配合物与DNA 的相互作用 127
7.4 体外细胞毒性 130
7.5 体外基因转染 132
7.6 体外转染机理研究 133
参考文献 137