磁性纳米颗粒作为载体在基因转染中的研究进展

作者:卢艳敏 刊名:生物技术通讯 上传者:朱永春

【摘要】磁性纳米颗粒具有很强的结合、浓缩与保护DNA的作用,具有超顺磁性、较高的安全性和低的免疫原性,可以结合大片段DNA,在外加磁场的作用下可实现安全、高效的基因靶向性运输,提高外源基因的转染效率。由于磁性纳米颗粒的独特性质,使得其作为非病毒载体在基因治疗中的应用进展迅速。我们简要介绍磁性纳米材料的特点、种类及结构,磁性纳米基因载体的特点,以及磁性纳米颗粒作为载体在基因转染中的应用情况。

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在进行基因治疗及基因功能研究时,外源基因能否有效地导入受体细胞,并进行高效、稳定的表达,在很大程度上取决于所采用的载体。理想的基因载体应该制备简单,重复性好,转染效率高,具有良好的靶向性、较高的安全性,无免疫原性,能将目的基因整合至受体细胞的染色体上,实现外源基因的稳定表达。传统的基因传递系统分为病毒载体介导系统和非病毒载体介导系统[1-2]。病毒载体主要包括逆转录病毒载体[3]、腺病毒载体[4]、腺相关病毒载体、慢病毒载体[5-7]、单纯疱疹病毒载体[8-9]。病毒载体是基因治疗中较为常用的DNA运载工具[10],其运载效率高达90%以上,但该系统具有免疫原性和病毒性,装载容量有限,组装难度大,花费高,因此限制了病毒载体的广泛使用。非病毒载体主要包括脂质体[11]、阳离子多聚体[11-16]和纳米颗粒[10,17-18]。磁性纳米颗粒(magneticnanoparticles,MNP)具有很强的结合、浓缩与保护DNA的作用,较高的安全性和低的免疫原性;具有超顺磁性,在外加磁场的作用下可实现基因的靶向性运输,提高外源基因的转染效率。在磁性纳米颗粒表面修饰生物材料,可以提高磁性纳米颗粒的生物相容性。磁性纳米颗粒有望在寄主范围、基因装载容量、转染效率等方面克服现有基因载体的局限性,是一种极具应用前景的非病毒载体。由于磁性纳米颗粒的独特性质,使得其作为基因载体在基因治疗中的应用得到迅速发展。1磁性纳米颗粒的特点、种类及结构磁性纳米颗粒因其处于纳米级,除了具有其他纳米材料的特性外,还具有特殊的磁性能力即超顺磁性。当具有磁性的颗粒小于某一临界值时,外场产生的磁取向力太小而不足以抵抗热骚动的干扰,导致其磁化性质与顺磁体相似,称作超顺磁性。当有外加磁场存在时,表现出较强的磁性,当撤去外加磁场时磁性随之消失,不会产生剩磁。磁性纳米颗粒一般为核-壳式结构,由磁性材料和提供活性功能基团的材料组成。磁性材料主要是纳米级的铁、镍、钴等金属及其氧化物,其中应用最多的是Fe3O4。提供活性功能基团的材料包括天然生物大分子材料和合成的高分子材料两大类[19],天然生物大分子材料主要有葡聚糖、淀粉、蛋白质等;合成的高分子材料主要有聚乙二醇、聚乙烯醇、聚N-异丙基丙烯酰胺及其共聚物,要求其具有良好的生物兼容性,无毒性,并具备一定的机械强度和稳定性。磁性纳米颗粒一般有3种包裹方式:核-壳结构,核为金属氧化物,壳层为高分子材料;壳-核结构,核为高分子材料,磁性纳米材料包裹到外面;壳-核-壳结构,外层和内层均为高分子材料,磁性纳米材料位于2层高分子材料中间。磁性纳米颗粒的制备方法有多种,可分为物理法和化学法,主要有共沉淀法[20]、水热法[21]、微乳液法[22]、溶胶-凝胶法[23]、模板法[24]等,每种方法各有优缺点,应根据需求选择适当的方法。2磁性纳米基因载体的特点作为基因载体的磁性纳米颗粒是由含有磁性或可以被磁化的金属如铁、钴、镍及其金属氧化物等材料制备而成的,通过共聚、表面改性等赋予其表面多种功能基团(如-OH、-COOH、-CHO、-NH2等),便于偶联DNA等遗传物质形成磁性纳米颗粒/DNA复合物,在外加磁场驱动作用下将携带基因的磁性纳米颗粒定位富集于细胞表面或定向输送到靶部位,增加了磁性纳米颗粒/基因复合物与靶部位的接触时间和接触量,提高了基因载体的靶向性和基因转染效率[25-26]。磁性纳米颗粒介导的体外基因传递是将磁性纳米颗粒/DNA复合物加入细胞培养物内,在细胞培养物的下面放置磁铁,加速了携带基因的磁性纳米颗粒的沉降,提高了转染速度和效率[27]。磁性纳米颗粒

参考文献

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