不同阳离子聚合物对高效脂质多聚复合物（LPP）形成及pDNA递送的影响机制研究

这篇研究通过微流控技术系统比较了壳聚糖（Chitosan）、聚-L-赖氨酸（PLL）和聚乙烯亚胺（PEI）三种阳离子聚合物构建的脂质多聚复合物（LPP）在质粒DNA（pDNA）递送中的性能差异。研究发现PEI-LPP具有最优的核内体逃逸能力（endosomal escape）和转染效率（transfection efficiency），其三元复合物结构经FRET、SAXS和Cryo-EM多模态验证，为基因治疗载体设计提供了重要参考。

　　

阳离子聚合物调控的脂质多聚复合物构建与性能研究

摘要

脂质多聚复合物（LPP）作为第二代非病毒载体，通过整合阳离子聚合物（如PEI、PLL、壳聚糖）、核酸和脂质体的优势，旨在克服第一代载体（如脂质体复合物lipoplexes和聚合物复合物polyplexes）的体内毒性和低效转染问题。本研究采用微流控技术构建了三种LPP，系统比较了其理化特性、细胞毒性和生物活性。

材料与方法

通过两步微流控工艺制备LPP：首先将编码绿色荧光蛋白（EGFP）的质粒DNA（pDNA）与不同阳离子聚合物形成二元复合物（polyplexes），再与中性脂质体（DPPC:DOPE:Chol=55:35:10）组装成三元复合物。优化后的N/P比（壳聚糖15、PLL23、PEI36 mol/mol）和微流控参数（流速3mL/min）可获得粒径约180nm、PDI<0.2的纳米颗粒。采用FRET、SAXS和Cryo-EM进行结构表征，并通过MTT法、流式细胞术和荧光显微镜评估生物性能。

结果

结构分析显示，PEI-LPP具有最紧密的三元结构（FRET效率39.56%），其核内体逃逸能力是PLL-LPP的3倍（33% vs 10.35%）。转染实验中，PEI-LPP在HeLa、HEK-293和HUVEC细胞中的GFP表达率最高（25-36%），显著优于DOTAP脂质体对照（18.67%）。SAXS证实PEI-LPP形成紧密堆积的球形核壳结构，而壳聚糖-LPP则保持松散的多层结构。

讨论

微流控技术成功解决了高分子量聚合物（如200-400kDa壳聚糖）的纳米复合难题。PEI凭借其高缓冲能力（proton sponge effect）和分支结构，展现出最优的DNA缩合能力（Q% 36.12）和核定位特性。值得注意的是，脂质包被使PEI体系的细胞毒性降低50%，同时保持14天的稳定性（粒径125nm，PDI 0.25）。

结论

该研究证实聚合物性质主导LPP的胞内运输过程，其中PEI-LPP因其独特的核内体逃逸机制成为最优基因递送平台。微流控制备工艺为临床级载体生产提供了可扩展方案，未来可通过表面修饰进一步拓展其治疗应用。