pH响应性可降解纳米载体：基于环状酮缩醛RROP共聚的基因递送新策略

《Macromolecular Rapid Communications》：Degradable Nanocarriers Capable of Gene Delivery Derived from pH-Responsive Polyester: RROP Copolymerization Between Cyclic Ketene Acetals

本文报道了通过环状酮缩醛（CKA）的自由基开环聚合（RROP）技术开发的新型pH响应性可降解聚酯纳米载体。研究通过6-(异丙基)-2-亚甲基-1,3,6-二氧杂氮环（iPr-MAC）与2-亚甲基-1,3,6-三氧杂环辛烷（MTC）的共聚，成功制备了具有可调pH响应点（6.3-7.1）的纳米颗粒。这些纳米载体在酸性环境下发生质子化，实现精准的药物控释，并展现出优异的生物相容性和基因递送潜力，为替代传统聚阳离子载体提供了新思路。

　　

摘要

本研究通过自由基开环聚合（RROP）技术，实现了环状酮缩醛（CKA）单体6-(异丙基)-2-亚甲基-1,3,6-二氧杂氮环（ⁱPr-MAC）与2-亚甲基-1,3,6-三氧杂环辛烷（MTC）的共聚，合成了一系列具有pH响应性的可降解聚酯材料。这些聚酯可通过纳米沉淀法形成尺寸可调（153-658 nm）、分布均匀（PDI < 0.16）的纳米颗粒（NPs）。随着ⁱPr-MAC含量从10 mol%增加至40 mol%，纳米颗粒的pH响应点从6.3升至7.1，覆盖了细胞内吞体（pH 5.0-6.5）和肿瘤微环境（pH 6.5-7.2）的临界范围。纳米颗粒在酸性条件下发生溶胀和降解，并可通过尼罗红释放实验验证其pH触发释放特性。此外，聚酯主链中的酯键在弱酸性和脂肪酶环境中均表现出显著的水解降解性。

1 引言

传统乙烯基聚合物虽具有丰富的功能基团，但其不可降解的碳-碳主链会导致生物体内积累和长期毒性。脂肪族聚酯虽可降解，但功能化修饰受限。RROP技术通过CKA与乙烯基单体的共聚，可在聚合物主链中引入酯键等可降解单元，同时保留功能性侧链。本研究基于前期开发的胺基功能化CKA（Alk-MACs），进一步通过ⁱPr-MAC与MTC的共聚，构建了兼具pH响应性和完全降解性的聚酯纳米载体，并探索其作为基因递送载体的潜力。

2 结果与讨论

聚合物合成与表征：

通过热引发RROP共聚，成功制备了ⁱPr-MAC含量为10-40 mol%的系列聚酯（ⁱPr-MAC10/20/30/40）。SEC分析显示数均分子量（M_n）为4.5-66.9 kg/mol，且随着ⁱPr-MAC含量增加，分子量分布（D）从1.5拓宽至7.0。纳米沉淀法制备的NPs尺寸随ⁱPr-MAC含量升高而减小（ⁱPr-MAC10: 230-400 nm → ⁱPr-MAC40: 153-293 nm），且在0.1× PBS缓冲液中仍保持稳定性。

pH响应性研究：

DLS和TEM分析表明，NPs在pH降低时发生溶胀和结构崩解。例如，ⁱPr-MAC40 NPs在pH 7.6时呈均匀球形，pH降至6.0时结构破裂。尼罗红释放实验进一步验证了pH触发释放行为，其半释放点（pK_a^*-F）从ⁱPr-MAC10的6.4升至ⁱPr-MAC40的7.0。

降解性能评估：

酸性条件下（pH 6.0，24 h），聚酯发生显著水解（SEC色谱峰向高分子量区域移动）。脂肪酶降解实验中，NPs在5 U/mL脂肪酶作用下，20小时内尼罗红释放率达53-70%，证明其酶触发降解特性。

生物相容性与基因递送：

PrestoBlue实验显示，所有聚酯在100 μg/mL浓度下均保持70%以上细胞活性（L929细胞）。通过DMG-PEG₂₀₀₀辅助的杂交纳米颗粒（hNP） formulation，ⁱPr-MAC40在N/P比为30-60时形成粒径<200 nm、PDI<0.2的稳定颗粒。细胞摄取实验（HEK293T细胞）表明，ⁱPr-MAC40 hNP在N/P=60时摄取效率最高，且不影响细胞活性。流式细胞术检测到YOYO-1标记的pDNA高效内化，证实其基因递送潜力。

3 结论

本研究首次将CKA衍生的pH响应性聚酯应用于基因递送系统。ⁱPr-MAC40凭借其适中的胺基密度、可调的pH响应性和优异的生物相容性，成为最具前景的候选材料。未来需进一步优化基因释放机制，以实现高效转染。该工作为可降解高分子载体在精准医疗中的应用提供了新范式。