溶剂驱动的sod-ZIF-8 ? ZIF-C相变可保持核酸的功能性，从而实现基因传递

《RSC Applied Interfaces》：Solvent-driven sod-ZIF-8 ? ZIF-C phase transformation preserves nucleic acid functionality for gene delivery

基因递送系统：溶剂处理调控MOF相变及性能研究 摘要：本文系统研究了水合乙醇对Zn-mIM MOF材料相变及基因递送性能的影响。发现水洗促进缺陷丰富的sod相转化为致密的ZIF-C相，但DNA封装效率保持在80%以上，且释放后DNA仍保持完整的转录活性。乙醇洗稳定sod相，实现可控的DNA负载（80%±4%）和首水接触触发的高效释放。研究揭示了溶剂处理对MOF晶体结构和生物性能的调控机制，提出通过简单溶剂洗提纯sod或ZIF-C相，为临床级非病毒载体开发提供新思路。

　　
金属有机框架（MOF）材料因其独特的孔隙结构和可调控的化学性质，在药物递送和基因治疗领域备受关注。近年来，基于锌离子和2-甲基咪唑（HmIM）的MOF-8（sod）和ZIF-C相的晶体结构差异及其对生物性能的影响成为研究热点。然而，传统研究中常忽略溶剂洗脱步骤对MOF晶体相变的影响，导致材料性能与实际应用场景不符。本文通过系统性研究不同溶剂洗脱条件对Zn-mIM MOF相变及基因递送功能的影响，揭示了溶剂介导的相变机制及其与生物性能的关联，为MOF基因载体的临床转化提供了关键指导。

### 溶剂洗脱对MOF晶体相变的影响
研究显示，水合成的sod-ZIF-8晶体中存在大量缺陷位点，这些缺陷在暴露于水环境时成为相变的关键驱动力。当用含≥70%水的乙醇-水混合溶剂洗涤时，sod-ZIF-8通过溶-凝机制逐步转化为ZIF-C相。X射线衍射（XRD）分析表明，水洗过程中（110）晶面衍射峰的强度显著增加，而sod-ZIF-8的特征峰（如7.34°、16.5°）逐渐减弱。扫描电镜（SEM）观察显示，sod-ZIF-8的立方体结构在水洗条件下逐渐溶解，形成ZIF-C的片状晶体。值得注意的是，这种相变并非拓扑结构重组，而是通过溶液介导的晶体溶解与再结晶过程完成。

### 溶剂洗脱对DNA包封效率与稳定性的调控
水合成的sod-ZIF-8初始DNA包封率达80%，而乙醇合成的sod-ZIF-8包封率仅为45%-55%。通过控制洗脱溶剂的含水量，可实现相变与DNA保留的协同调控。实验表明，即使sod-ZIF-8向ZIF-C相转变导致8%的DNA损失，剩余DNA仍保持完整的转录活性。细胞毒性测试显示，经水洗形成的ZIF-C相载体细胞存活率高达85%-90%，显著优于sod-ZIF-8（约82%）。这种差异源于ZIF-C的致密结构能更有效阻止水分子的渗透，从而维持细胞膜完整性。

### 溶剂极性与相变机制的关联
研究揭示了水与乙醇在相变中的差异化作用。水分子通过氢键与Zn2?形成配位网络，同时溶解CO?生成碳酸根（CO?2?），作为ZIF-C相的构建单元。乙醇的极性较低，其羟基与Zn2?的配位能力弱于水，能有效抑制缺陷位点的形成，维持sod-ZIF-8的晶体完整性。这种溶剂极性差异导致两种相在制备和洗脱过程中呈现不同的稳定性：sod-ZIF-8在乙醇中稳定，而ZIF-C在水环境中逐渐转化为sod-ZIF-8。

### 临床转化中的关键指导原则
1. **制备溶剂选择**：水相合成（4:1 HmIM:Zn2?）可实现高DNA包封率（80%±4%），而乙醇合成效率较低但晶体缺陷更少。
2. **洗脱工艺优化**：使用50%-60%水含量的乙醇洗脱可形成sod/ZIF-C混合相，兼顾DNA保留率（>88%）与细胞相容性（存活率>85%）。纯乙醇洗脱维持sod-ZIF-8结构，适合需要快速释放DNA的场景。
3. **储存条件控制**：ZIF-C相载体在空气中稳定性更高（储存7天无显著相变），而sod-ZIF-8需密封保存于乙醇中以防止自发相变。

### 生物功能验证与临床意义
通过GFP表达实验证实，经溶剂洗脱处理的MOF载体中释放的DNA仍能有效诱导荧光蛋白表达。细胞实验显示，ZIF-C相载体在PC-3细胞中的转染效率与纯sod-ZIF-8相当，但细胞毒性更低。这种特性使其适合作为肿瘤靶向递送系统，既能通过水洗诱导的相变实现DNA的“缓释-爆发”释放，又能在细胞环境中保持生物相容性。

### 研究局限与未来方向
当前研究主要基于体外模型，需进一步验证动物体内相变过程的安全性。此外，虽然ZIF-C相在细胞存活率上表现更优，但其高密度结构可能影响大分子药物（如siRNA）的扩散效率。未来可通过引入功能化配体或构建核壳结构，在保持相变特性的同时优化药物释放动力学。

### 结论
溶剂洗脱作为MOF材料后处理的关键步骤，直接影响其晶体结构、DNA包封效率及生物安全性。通过调控洗脱溶剂的极性与含水量，可实现从sod-ZIF-8到ZIF-C的定向相变，进而优化基因递送载体的释放特性与细胞相容性。这一发现不仅解决了MOF材料在临床应用中的 reproducibility问题，更为非病毒基因载体的智能化设计提供了新思路——通过简单的溶剂处理即可实现从“缓释”到“爆发式释放”的动态调控，为个性化医疗中的精准给药奠定基础。