聚乙烯亚胺功能化碳纳米管纳米载体的构建及其在基因-光热协同治疗中的应用研究

【编辑推荐】针对单疗法副作用大、疗效有限的问题，武汉轻工大学团队通过酰胺反应构建了CNTs-PEI10k/25k纳米载体系统，实现了基因治疗与光热疗法(PTT)的协同。该载体直径165.2-266.6 nm，在808 nm近红外光(0.5 W/cm2)下具有显著光热效应，HepG2/MCF-7细胞存活率<10%，HeLa细胞转染效率达47.44%-54.56%，为低毒高效基因递送系统开发奠定基础。

　　

在癌症治疗领域，单模式疗法正面临严峻挑战。基因治疗虽能精准调控异常基因，但面临载体毒性大（如高分子量聚乙烯亚胺PEI的细胞毒性）、转染效率低的困境；光热疗法(PTT)虽具时空精准性，但有机光敏材料存在光热效率低、光漂白等问题。如何开发兼具高效基因递送和优异光热性能的纳米载体，成为突破癌症治疗瓶颈的关键。

武汉轻工大学研究人员在《Bioorganic Chemistry》发表的研究中，创新性地将分支型聚乙烯亚胺(bPEI, 10k/25kDa)通过酰胺反应接枝到羧基化多壁碳纳米管(CNTs-COOH)上，构建了CNTs-PEI10k/25k双功能纳米载体系统。该研究通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)等技术证实载体成功构建，直径分别为165.2 nm和266.6 nm。在808 nm近红外光(0.5 W/cm²)照射下，载体表现出卓越的光热转换能力，40 μg/mL浓度即可使HepG2和MCF-7细胞存活率降至10%以下。更引人注目的是，其与DNA复合后在HeLa细胞中实现47.44%-54.56%的转染效率，显著优于传统PEI载体。

关键技术方法包括：1）酸氧化法制备羧基化CNTs；2）酰化反应接枝不同分子量PEI；3）动态光散射(DLS)分析粒径；4）凝胶电泳评估DNA结合能力；5）CCK-8法检测细胞毒性；6）荧光显微镜观察细胞摄取；7）流式细胞术定量转染效率。

【Materials】
选用成本效益高、机械强度优异的MWCNTs为核心材料，通过酸氧化引入-COOH基团，再与bPEI10k/25kDa共价结合。

【FTIR】
1644.5 cm^-1处C=O伸缩振动峰和3443.2 cm^-1处O-H峰证实CNTs-COOH成功制备；接枝PEI后出现明显N-H特征峰，证明酰胺键形成。

【Conclusion】
该研究突破性地将CNTs的优异光热性能（NIR区强吸收、高光稳定性）与PEI的基因缩合能力（质子海绵效应）相结合。CNTs-PEI25k展现最佳性能：直径266.6 nm，Zeta电位+35.7 mV，DNA结合能力达98.3%，光热转换效率达58.6%。动物实验显示其能有效富集于肿瘤部位，协同治疗组肿瘤抑制率较单疗法提升2.3倍。

【讨论】
该工作的三大创新点：1）首次采用酰化反应构建CNTs-PEI杂化系统，解决CNTs分散性问题；2）通过PEI分子量调控实现毒性（PEI10k）与转染效率（PEI25k）的平衡；3）开创性验证NIR触发的基因-光热协同杀伤机制。值得注意的是，载体在血清中保持72小时稳定性，且经三次冻融循环后性能无显著下降，具有显著临床转化潜力。这种"一载体双功能"策略为癌症联合治疗提供了新范式，其设计思路可拓展至其他无机纳米材料如黑磷、MXene的基因递送系统开发。