纳米载体的表面功能化修饰为推进基因神经调控扫除障碍

9月24日，《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊在线发表了题为“Effect of PEGylated Magnetic PLGA-PEI Nanoparticles on Primary Hippocampal Neurons: Reduced Nano-neurotoxicity and Enhanced Transfection Efficiency with Magnetofection”的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、神经科学国家重点实验室的王征研究组与仇子龙研究组合作完成。该研究系统地探讨了聚合物纳米基因递送系统的神经毒性，并通过表面功能化修饰有效地降低纳米基因递送系统的神经毒性；在外磁场靶向作用下，具有较好生物相容性的纳米基因递送系统显著提高了原代海马神经元的转染效率，为推进基因编辑成为未来神经调控手段奠定了基础。

神经系统疾病（如自闭症、抑郁症、阿尔兹海默症、帕金森症等）的基因疗法是近年来研究的热点，外源基因在神经元中安全、稳定、高效的表达是基因治疗成功的关键，这与基因递送系统息息相关。随着纳米技术的蓬勃发展，纳米材料作为非病毒载体具有合成方法简单、粒径较小、易于功能化修饰、较高的负载量和较低（几乎无）的免疫原性等优势，越来越受到关注。本研究构建了一系列阴离子型磁性聚乳酸-羟基乙酸 (MNP-PLGA)纳米材料，通过表面接枝聚乙烯亚胺（PEI），得到阳离子型MNP-PLGA-PEI纳米材料；最后，通过Schiff碱反应，将聚乙二醇(PEG)的醛基与MNP-PLGA-PEI的氨基反应，从而得到PEG化的接近中性的纳米材料(PEGylated MNP-PLGA-PEI) ，如图1所示，并随后采用多种方法系统检测了三种属性纳米材料的神经毒性。

 图1. 纳米基因递送系统的合成过程 (a) 磁性PLGA-PEI纳米粒；(b) 载有DNA的磁性PLGA-PEI 纳米粒；(c) PEG表面修饰的磁性PLGA-PEI纳米粒; (d) 多肽修饰的磁性PLGA-PEI纳米粒; (e) 载有DNA的多肽修饰的纳米粒; (f) PEG化的载有DNA的纳米粒。

实验结果显示，阳离子型MNP-PLGA-PEI纳米材料无法内吞进入神经元中，并显著影响胞内钙离子浓度变化；而阴离子型MNP-PLGA和中性PEGylated MNP-PLGA-PEI纳米材料能够在1小时内有较好的细胞摄取率，具有较低的纳米神经毒性和较好的生物相容性。在此基础上，研究人员利用外部磁场与磁性纳米基因递送系统之间的相互作用，增强磁性纳米基因递送系统进入神经元的概率，进而提高转染效率。本研究通过表面功能化修饰聚乙二醇聚合物，构建了安全、有效的纳米基因递送系统，并在磁转染的介导作用下有效提高了原代海马神经元的转染效率，为进一步优化基因治疗的载体工具提供了重要的实验依据。

该工作主要由王征研究组助理研究员崔彦娜博士，在王征研究员和仇子龙研究员的共同指导下完成，期间得到了研究团队成员李霄博士、Kristina Zeljic博士生和助理研究员单仕芳博士的大力协助。该工作得到了中科院战略先导（B类）科技专项、科技部国家重点研发计划、基金委国家自然科学基金、上海市重大科技专项等研究项目的资助。