pH响应型可裂解阳离子碳硅烷树状大分子作为siRNA载体的设计与性能研究

为解决基因治疗中非病毒载体毒性高、核酸释放效率低的问题，Judith Recio-Ruiz团队设计了一类新型pH响应型可裂解阳离子碳硅烷树状大分子（carbosilane dendrimers）。该载体通过pH调控电荷（NMe2H+/NMe2）和酸响应性酯键裂解实现siRNA的智能递送，在肿瘤微环境（pH 4.5-7.4）中展现出优异的生物相容性和基因沉默潜力，为精准医疗提供新策略。

　　

基因治疗作为革命性的疾病干预手段，其疗效高度依赖于安全高效的核酸递送系统。然而，传统非病毒载体面临两大瓶颈：永久带电的季铵盐类载体（如NMe₃⁺）虽能有效结合核酸，却因电荷过强导致细胞毒性且难以释放 cargo；而肿瘤组织的pH异质性（正常组织pH 7.4 vs 肿瘤组织pH 6.0-7.0）更对载体提出精准响应要求。针对这些挑战，西班牙阿尔卡拉大学（University of Alcala）有机与无机化学系的研究团队创新性地将"动态电荷"与"可裂解骨架"两大特性整合，开发出新一代pH响应型碳硅烷树状大分子。

研究人员通过紫外光引发的硫醇-烯点击化学，在含三甲酸酯核心的碳硅烷树状大分子（ArGnV_m）表面引入二甲基氨基乙硫醇盐酸盐（NMe₂HCl），构建了G1-G3系列载体（1-3）。采用核磁共振（¹H/¹³C NMR）、动态光散射（DLS）和电位滴定等技术表征其结构，通过MTT/阿尔玛蓝实验评估生物相容性，并借助凝胶电泳和共聚焦显微镜验证siRNA递送效率。

3.1 合成与结构表征

通过¹H NMR确认G1（1547.55 Da）成功接枝6个NMe₂HCl基团，其核心三甲酸酯在pH<5.0时发生水解，而G3（5479.71 Da）因空间位阻需更低pH（4.5）才裂解。电位滴定显示所有树状大分子在pH 7.4时完全质子化，pK_a值7.9-8.3，确保在肿瘤微环境中保持正电荷。

3.3 生物物理特性

DLS揭示G3在pH 5.5时形成3.3 nm稳定纳米颗粒（zeta电位+22.1 mV），而G1因核心芳香环堆叠形成20 nm聚集体。分子动力学模拟显示G3的立体阻碍阻止了核心暴露，这种结构差异直接影响后续递送效率。

3.4 生物相容性

在PBMC细胞中，G1（10 μM）和G3（0.5 μM）分别保持>80%存活率。值得注意的是，pH 4.5条件下裂解的树状大分子对白血病THP-1细胞表现出选择性杀伤（存活率<40%），暗示其肿瘤靶向潜力。血清蛋白吸附实验证实，55%血清可使G3的溶血率从87%降至<20%。

3.6 siRNA递送性能

凝胶电泳显示G3在40:1（dendrimer:siRNA）比例下完全阻滞siRNA迁移，且pH从7.4降至5.5时仍保持复合物稳定。共聚焦显微镜观察到G1/siRNA复合物在A549细胞中摄取率达50%，但74.8%被滞留于溶酶体；而G3虽摄取率略低（35%），却更易实现胞质逃逸，这种"代际差异"为精准调控递送路径提供新思路。

该研究通过巧妙的分子设计，将pH响应性电荷转换（NMe₂H⁺?NMe₂）与酸触发骨架裂解特性有机结合，解决了传统载体"强结合-难释放"的悖论。G3树状大分子展现的小尺寸（3.3 nm）、高负载（24个正电荷）和肿瘤选择性等优势，为开发下一代智能核酸载体奠定基础。特别值得注意的是，核心酯键的时空可控裂解不仅促进核酸释放，还可能通过生成低毒片段改善生物降解性，这种"双响应"策略为克服基因递送屏障提供了全新范式。论文发表于《Biologicals》杂志，为肿瘤精准治疗提供了创新工具。