基于超支化聚赖氨酸的mRNA递送载体

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.250219

摘要/Abstract

摘要：

超支化聚赖氨酸（Hyperbranched polylysine， HPL）是一种制备简单且价格低廉的合成高分子材料，同时其生物相容性极好，但是作为mRNA递送载体，转染效率不佳。本研究通过简单且系统性的化学修饰策略建立基于HPL的材料文库，通过氨基-环氧开环反应、Michael加成反应及氨基-磷戊烷开环反应，分别将含有疏水基团的1，2-环氧化合物（En、Fx）、丙烯酸酯（Ay）以及烷基化二氧磷杂环戊烷（Pm）小分子化合物引入HPL三维骨架，筛选出具有高效转染性能的mRNA递送载体。实验结果表明，修饰环氧丙烷（E3）的HPL-E3为HPL-En系列中的最佳材料，较未修饰HPL提升1.8倍；修饰3-（全氟正丁基）-1，2-环氧丙烷（F9）的HPL-F9为HPL-Fx系列的最佳材料，较未修饰HPL提升272.4倍；修饰丙烯酸十二烷基酯（A12）的HPL-A12为HPL-Ay系列的最佳材料，较未修饰HPL提升3246倍；修饰2-正辛氧基-2-氧-1，3，2-二氧磷杂环戊烷（P8）的HPL-P8为HPL-Pm系列的最佳材料，较未修饰HPL提升75.0倍。这种极简的一步法合成策略，一方面可以引入适当长度的疏水链段，从而增强细胞摄取，另一方面可将HPL上的伯胺转化为仲胺或叔胺，从而提高其内涵体逃逸能力，为mRNA递送载体的构建提供了新方法。

关键词: 超支化聚赖氨酸, mRNA递送, 环氧化合物, 丙烯酸酯, 烷基化二氧磷杂环戊烷

Abstract:

Hyperbranched polylysine （HPL） is a synthetic polymer material that is simple to prepare and inexpensive， with excellent biocompatibility. However， its transfection efficiency is not good when used as an mRNA delivery carrier. In this study， a HPL material library was established through a simple and systematic chemical modification strategy. Through amino-epoxide ring-opening reactions， Michael addition reactions， and amino-phospholane ring-opening reactions， small molecules containing hydrophobic groups such as 1，2-epoxides， acrylates， and alkylated dioxyphosphoranes were introduced into the three-dimensional backbone of HPL， and mRNA delivery carriers with high transfection efficiency were screened. Experimental results showed that HPL modified with propylene oxide （E3）， HPL-E3， was the best material in the HPL-En series， with a 1.8-fold increase compared to unmodified HPL； HPL modified with 3-（perfluorobutyl）-1，2-epoxide （F9）， HPL-F9， was the best material in the HPL-Fx series， with a 272.4-fold increase compared to unmodified HPL； HPL modified with dodecyl acrylate （A12）， HPL-A12， was the best material in the HPL-Ay series， with a 3246-fold increase compared to unmodified HPL； and HPL modified with 2-octyloxy-2-oxy-1，3，2-dioxaphospholane （P8）， HPL-P8， was the best material in the HPL-Pm series， with a 75.0-fold increase compared to unmodified HPL. This minimalist one-step synthesis strategy can introduce hydrophobic chain segments of appropriate lengths to enhance cell uptake， and can also convert primary amines on HPL to secondary or tertiary amines， thereby enhancing their endosomal escape capability， providing a new method for the construction of mRNA delivery carriers.

Key words: Hyperbranched polylysine, mRNA delivery, Epoxy compound, Acrylate ester, Alkylated dioxyphosphorinane

中图分类号:

O633

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图/表 10

图1 HPL的1H NMR谱图（D2O）

Fig.1 1H NMR spectrum of HPL （D2O）

图2 HPL的GPC谱图

Fig.2 GPC chromatogram of HPL

表1 HPL衍生物的合成条件

Table 1 Reaction conditions for the synthesis of HPL derivatives

Molecular species	Reaction solvent	Equivalent	Temperature/℃	Reaction time/h
Non-fluorinated epoxides	1 mL DMSO	2	60	24
Fluorinated epoxides	1 mL DMSO	0.5	60	24
Acrylates	0.8 mL DMSO+0.2 mL DMF	2	60	24
Alkylated dioxyphosphoranes	1 mL DMSO	2	60	24

图3 HPL-En在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率（m（聚合物）∶m（mRNA）=20∶1）

Fig.3 HPL-En transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells （m（polymer）∶m（mRNA）=20∶1）

图4 HPL-Fx在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率（m（聚合物）∶m（mRNA）=20∶1）

Fig.4 HPL-Fx transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells （m（polymer）∶m（mRNA）=20∶1）

图5 不同聚合物/mRNA质量比下，HPL-F9在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率

Fig.5 HPL-F9 transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells at different polymer/mRNA mass ratios

图6 HPL-Ay在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率（m（聚合物）∶m（mRNA）=20∶1）

Fig.6 HPL-Ay transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells （m（polymer）∶m（mRNA）=20∶1）

图7 不同聚合物/mRNA质量比下，HPL-A8、HPL-A12和HPL-A14在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率

Fig.7 HPL-A8， HPL-A12 and HPL-A14 transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells at different polymer/mRNA mass ratios

图8 HPL-Pm在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率（m（聚合物）∶m（mRNA）=20∶1）

Fig.8 HPL-Pm transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells （m（polymer）∶m（mRNA）=20∶1）

图9 不同聚合物/mRNA质量比下，HPL-P8和HPL-P10在293T细胞中的Fluc mRNA转染效率

Fig.9 HPL-P8 and HPL-P10 transfection efficiency of Fluc mRNA in 293T cells at different polymer/mRNA mass ratios

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