納米載體的表面功能化修飾為推進基因神經調控掃除障礙

　　日前，ACS Applied Materials & Interfaces 期刊在線發表了題為Effect of PEGylated Magnetic PLGA-PEI Nanoparticles on Primary Hippocampal Neurons: Reduced Nano-neurotoxicity and Enhanced Transfection Efficiency with Magnetofection 的研究論文，該研究由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）、神經科學國家重點實驗室的王征研究組與仇子龍研究組合作完成。該研究系統地探討了聚合物納米基因遞送系統的神經毒性，并通過表面功能化修飾有效地降低納米基因遞送系統的神經毒性；在外磁場靶向作用下，具有較好生物相容性的納米基因遞送系統顯著提高了原代海馬神經元的轉染效率，為推進基因編輯成為未來神經調控手段奠定了基礎。

　　神經系統疾病（如自閉癥、抑郁癥、阿爾茲海默癥、帕金森癥等）的基因療法是近年來研究的熱點，外源基因在神經元中安全、穩定、高效的表達是基因治療成功的關鍵，這與基因遞送系統息息相關。隨著納米技術的蓬勃發展，納米材料作為非病毒載體具有合成方法簡單、粒徑較小、易于功能化修飾、較高的負載量和較低（幾乎無）的免疫原性等優勢，越來越受到關注。該研究構建了一系列陰離子型磁性聚乳酸-羥基乙酸(MNP-PLGA)納米材料，通過表面接枝聚乙烯亞胺（PEI），得到陽離子型MNP-PLGA-PEI納米材料；最后，通過Schiff堿反應，將聚乙二醇(PEG)的醛基與MNP-PLGA-PEI的氨基反應，從而得到PEG化的接近中性的納米材料(PEGylated MNP-PLGA-PEI)，如下圖所示，并隨后采用多種方法系統檢測了三種屬性納米材料的神經毒性。

　　實驗結果顯示，陽離子型MNP-PLGA-PEI納米材料無法內吞進入神經元中，并顯著影響胞內鈣離子濃度變化；而陰離子型MNP-PLGA和中性PEGylated MNP-PLGA-PEI納米材料能夠在1小時內有較好的細胞攝取率，具有較低的納米神經毒性和較好的生物相容性。在此基礎上，研究人員利用外部磁場與磁性納米基因遞送系統之間的相互作用，增強磁性納米基因遞送系統進入神經元的概率，進而提高轉染效率。該研究通過表面功能化修飾聚乙二醇聚合物，構建了安全、有效的納米基因遞送系統，并在磁轉染的介導作用下有效提高了原代海馬神經元的轉染效率，為進一步優化基因治療的載體工具提供了重要的實驗依據。

　　該工作主要由王征研究組助理研究員崔彥娜，在王征和仇子龍的共同指導下完成，期間得到了研究團隊成員李霄、博士生Kristina Zeljic和助理研究員單仕芳的大力協助。該工作得到中科院戰略先導（B類）科技專項、科技部國家重點研發計劃、基金委國家自然科學基金、上海市重大科技專項等的資助。

圖：納米基因遞送系統的合成過程。(a) 磁性PLGA-PEI納米粒；(b) 載有DNA的磁性PLGA-PEI 納米粒；(c) PEG表面修飾的磁性PLGA-PEI納米粒； (d) 多肽修飾的磁性PLGA-PEI納米粒； (e) 載有DNA的多肽修飾的納米粒； (f) PEG化的載有DNA的納米粒。