利用氧化铁纳米立方体与生物相容性PLGA–PDMAEMA聚合物的复合材料来增强原代树突状细胞中的基因递送和免疫调节作用

《ACS Nanoscience Au》：Enhancing Gene Delivery and Immune Modulation in Primary Dendritic Cells by Utilizing Composites of Iron Oxide Nanocubes and Biocompatible PLGA–PDMAEMA Polymers

本研究开发了一种基于磁性纳米立方体（MC）的非病毒基因递送系统，结合PLGA和PDMAEMA聚合物，通过磁诱导增强树突状细胞（DCs）的基因摄取效率，同时降低免疫激活和细胞毒性。实验表明，双涂层PDMAEMA的纳米复合材料（MC-PL-PD/PD）在25-100 μg/mL浓度范围内能有效递送pDNA至BMDCs，并显著抑制IL-1β、TNF-α等促炎因子分泌，保持细胞活力超过90%。该系统为免疫治疗和疫苗开发提供了安全高效的载体方案。

　　在现代医学和生物技术的发展中，免疫治疗、基因治疗以及疫苗递送成为应对多种重大疾病的重要手段，例如癌症、自身免疫性疾病和移植排斥反应等。在这些领域中，树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）因其作为最有效的抗原呈递细胞（Antigen-Presenting Cells, APCs）而备受关注，能够双向调控免疫系统的激活与耐受性。因此，将基因递送系统应用于DCs成为推动相关疗法发展的关键。然而，传统的非病毒基因传递方法在实现高效基因传递方面仍面临诸多挑战。为了克服这一障碍，本研究引入了一种基于磁性纳米立方体（Magnetic Iron Oxide Nanocubes, MCs）的新颖基因传递系统，其表面被一种生物相容性聚合物——聚乳酸-羟基乙酸共聚物（Poly(lactic-co-glycolic acid), PLGA）以及一种带正电荷的聚合物——聚（2-（二甲氨基）乙基甲基丙烯酸酯）（Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate), PDMAEMA）所包裹，并通过外部磁场引导其向目标细胞定向传递基因。

MCs的合成是本研究的核心步骤之一，通过热分解法制备，以确保其具备良好的磁响应性能。这种纳米立方体具有显著的饱和磁化率（Ms）和超顺磁性，使其在磁场作用下能够高效地聚集于目标细胞周围。通过将MCs与PLGA和PDMAEMA结合，形成了一种新型的非病毒基因传递载体（MC–PL–PD），其表面带正电荷，能够通过静电相互作用与带负电的质粒DNA（Plasmid DNA, pDNA）结合。为了进一步提高基因传递效率，研究还开发了一种双层PDMAEMA包裹的MC–PL–PD复合物（MC–PL–PD/PD），结果显示，即使在加入pDNA后，其表面电荷依然保持较高水平，从而提升了其对DCs的摄取能力。

在细胞毒性评估方面，研究发现MC–PL–PD和MC–PL–PD/PD在浓度范围25至100 μg/mL时对骨髓来源的树突状细胞（Bone Marrow-Derived Dendritic Cells, BMDCs）表现出较低的毒性，细胞存活率在90%以上，说明这些纳米复合物具有良好的生物相容性。此外，研究还通过共聚焦显微镜和流式细胞术对复合物的细胞摄取能力进行了详细分析。结果显示，在外部磁场作用下，MC–PL–PD/PD复合物能够在较短时间内被BMDCs高效摄取，而单层包裹的MC–PL–PD则需要更长的孵育时间才能达到相似的摄取效果。这表明，PDMAEMA的双层包裹能够显著增强复合物的细胞摄取能力，同时保持较低的细胞毒性。

在基因传递效率方面，研究采用了一种模型质粒DNA（pMAX-GFP）进行评估。结果显示，MC–PL–PD和MC–PL–PD/PD在不同浓度下均能有效传递基因，其中高浓度（100 μg/mL）的复合物表现出更高的基因传递效率。相比之下，裸质粒DNA和商业基因传递试剂Lipofectamine 2000的传递效率较低，说明MC–PL–PD复合物在基因传递方面具有明显优势。此外，研究还发现，PDMAEMA的双层包裹能够进一步提升传递效率，而复合物的大小对传递效率的影响相对较小，这表明表面电荷密度可能是影响基因传递效率的关键因素。

在DCs的成熟过程中，研究通过检测CD40、CD80、CD86和MHC II等成熟标志物的表达水平，评估了MC–PL–PD复合物对DCs成熟的影响。结果显示，与裸质粒DNA和Lipofectamine 2000相比，MC–PL–PD复合物能够显著抑制DCs的成熟，从而减少其对免疫系统的激活作用。这表明，该复合物不仅能够高效传递基因，还具有调控DCs功能的能力，使其在基因治疗和免疫调节方面具有独特的优势。

在细胞因子的产生方面，研究检测了MC–PL–PD复合物对BMDCs分泌促炎性细胞因子（如IL-6、IL-1β和TNF-α）和抗炎性细胞因子（如IL-10）的影响。结果表明，MC–PL–PD复合物能够显著降低促炎性细胞因子的分泌水平，同时减少抗炎性细胞因子的释放。这种调节作用可能与其表面的PDMAEMA涂层有关，该涂层不仅能够促进基因传递，还能够抑制细胞因子的过度释放，从而降低免疫反应的强度。

本研究的成果为非病毒基因传递系统提供了一种新的思路，即通过磁性纳米立方体与生物相容性聚合物的结合，构建一种具有高效传递能力和低免疫刺激性的载体。这种载体不仅能够在体外环境中实现高效的基因传递，还能够在体内环境中通过外部磁场引导，提高靶向递送的精确性。此外，该系统还具有良好的生物相容性，能够在不显著影响细胞活性的情况下实现有效的基因传递，为基因治疗、疫苗开发和免疫调节提供了新的工具。

综上所述，MC–PL–PD和MC–PL–PD/PD纳米复合物在基因传递、细胞摄取和免疫调控方面展现出优异的性能。其通过静电相互作用与pDNA结合，具备良好的磁响应性，能够在外部磁场引导下高效地递送基因。同时，其表面的PDMAEMA涂层能够有效抑制细胞因子的分泌，降低免疫系统的激活程度，从而在不干扰DCs正常功能的前提下实现基因的高效传递。这一发现不仅为非病毒基因传递系统的发展提供了新的方向，也为未来在癌症治疗、自身免疫疾病干预和移植排斥反应管理中的应用奠定了基础。此外，该研究还强调了在设计基因传递载体时，需综合考虑其磁性、表面电荷密度以及生物相容性等因素，以实现更安全、更高效的基因传递。未来，随着对该系统的进一步优化，有望将其应用于更广泛的临床和研究场景，推动基因治疗技术的发展。