基于聚乙烯亚胺的星爆树枝状大分子纳米结构：兼具固有抗菌特性的基因与药物递送载体新策略

《Journal of Molecular Structure》：Polyethylenimine-based starburst dendrimer nanoarchitecture as potential gene and drug delivery vectors with inherent antimicrobial properties

本文系统阐述了以低分子量聚乙烯亚胺（LMW bPEI/lPEI）为基材构建星爆树枝状大分子（Dendrimer）的创新设计。通过迈克尔加成与酰胺化反应合成的三种树枝状聚合物（1218D/1618D/1625D），显著提升了基因转染效率（如1218D/pDNA复合物转染效率较天然bPEI提高6倍），同时实现了疏水性药物（如奥硝唑）的包载与缓释，并展现出固有抗菌活性。该研究为基因治疗与化疗联合策略提供了多功能纳米载体新方案。

　　

亮点

本研究开发的低分子量支化聚乙烯亚胺（bPEI）基树枝状聚合物展现出先进的多功能特性，已被证明在基因和药物递送应用中均具有高效性。

结果与讨论

为开发临床高效的非病毒基因递送系统，其需具备无毒、与生物组分相容及高效携带 cargo 至靶点的能力。基于此目标，我们研究了聚乙烯亚胺（PEI）偶联的第二代树枝状大分子与pDNA复合物的基因递送效率。在阳离子聚合物中，bPEI 被视为基因递送应用中最有效的系统之一。然而，高分子量（HMW）PEI 的临床应用受限于其细胞毒性。相较之下，低分子量（LMW）PEI 毒性较低但转染效率不足。本研究通过将 LMW PEI（1.8 kDa 支化型与 2.5 kDa 线性）与可生物降解的树枝状核心分子结合，构建了新型树枝状结构。所得树枝状大分子（1218D、1618D、1625D）能有效缩合 pDNA，形成尺寸约 255–371 nm、表面电荷约 +21–23 mV 的复合物。体外转染实验显示，这些复合物在哺乳动物细胞中实现了显著提升的转染效率，且未损害细胞相容性。特别值得注意的是，1218D/pDNA 复合物的转染效率比天然 bPEI/pDNA 复合物高出约 6 倍。此外，树枝状大分子的核心结构成功包载了疏水性药物奥硝唑，体外释放研究表明其在中性和酸性 pH 下均能实现药物缓释。更引人注目的是，这些合成的树枝状大分子还表现出固有的抗菌性能，其中 1218D 显示出最佳的抗菌效果。

结论

本研究成功开发出基于低分子量支化聚乙烯亚胺（bPEI）的树枝状聚合物，其具备先进的多功能特性。与单独使用低分子量 PEI 相比，这些树枝状大分子在基因递送方面表现出更优异的性能。它们能够高效地进行核酸和治疗性药物的体外递送，展现了作为联合治疗载体的巨大潜力。