氟化氧化还原响应型交联聚酰胺胺G2作为智能诊疗树状大分子的研究

为解决基因递送效率与细胞毒性之间的矛盾，研究人员开发了含氟氧化还原响应型交联剂CBtfmA，通过迈克尔加成反应构建了可降解的PAMAM G2纳米簇。该体系在GSH富集环境中降解为低毒单体，显著提升了HeLa细胞的转染效率（较bPEI 25kDa提高2倍），同时具备19F MRI示踪能力，为多功能基因递送系统提供了新策略。

　　

基因治疗领域长期面临病毒载体免疫原性与非病毒载体效率低下的双重挑战。聚酰胺胺（PAMAM）树状大分子因其精确的纳米结构与阳离子表面特性成为研究热点，但高代数（如G7）PAMAM虽转染效率（TE）优异却伴随严重细胞毒性，而低代数（如G2）虽安全性良好却效率不足。这一"代数悖论"严重阻碍其临床转化。为此，Carola Romani团队创新性地将氟化修饰与氧化还原响应机制相结合，在《Biomacromolecules》发表了突破性解决方案。

研究团队首先通过酰胺缩合反应合成含双三氟甲基（tfm）和二硫键的交联剂CBtfmA，利用动态光散射（DLS）和核磁共振（¹H/¹⁹F NMR）优化了PAMAM G2的交联条件（60°C，48小时）。通过琼脂糖凝胶阻滞实验验证基因复合能力，并采用MTT法和荧光显微镜分别评估细胞毒性和转染效率。

氟化交联PAMAM G2的合成

通过¹⁹F NMR监测发现，1:1摩尔比的PAMAM G2与CBtfmA反应生成的聚合物1(1-1)具有最优的氟信号（δ=-76.5 ppm）和弛豫性能（T₁=296 ms，T₂=136 ms）。DLS显示其粒径从187 nm降至141 nm后形成稳定复合物，ζ电位从+21 mV降至+14.2 mV，表明成功压缩DNA。

GSH响应行为

在10 mM GSH溶液中，1(1-1)的粒径在24小时内持续减小，证实二硫键断裂引发的解聚。有趣的是，降解产物仍能保持DNA复合能力，这归因于PAMAM G2单体固有的阳离子特性。

转染性能突破

在宫颈癌HeLa细胞中，1(1-1)在w/w=2.1时转染效率达60%，是正常内皮细胞（HUVEC）的2倍，且显著优于bPEI 25kDa。其机制在于癌细胞胞内高浓度GSH（2-10 mM）触发载体降解，促进基因释放。同时，氟化修饰增强的膜穿透性使细胞存活率保持在90%以上，远高于bPEI的65%。

这项研究首次实现氟化与氧化还原响应的协同设计，不仅破解了低代数PAMAM效率瓶颈，更开创了"诊疗一体化"新范式——通过¹⁹F MRI实时追踪载体递送过程。其模块化设计理念可拓展至聚乙烯亚胺（PEI）等其他聚合物体系，为精准基因治疗提供通用技术平台。