东京大学&九州大学&川崎工业振兴研究所J. Am. Chem. Soc.：自组装聚离子复合物囊泡用于RNAi和大分子货物的共同递送

【引言】

聚合物囊泡具有独特中空结构和可控调节的膜结构，因而聚合物囊泡已被设计用于细胞模拟物、纳米/微反应器以及药物递送载体等。目前，疏水性蛋白质如通道蛋白质和酶可以嵌入疏水性聚合物囊泡膜中，分别用于控制膜渗透性和催化反应。然而，在囊泡膜中有效且稳定地嵌入强亲水性或带电荷的生物活性大分子仍然是一个巨大的挑战。一种解决办法是将生物活性大分子作为自组装的结构基元而不是简单的包载物来制备聚合物囊泡，将此种方法用于带电生物活性大分子的囊泡自组装是非常合理的，不仅能够获得具有高负载效率的热力学稳定的囊泡，还可以通过适当调节膜稳定性实现位点特异性释放。小干扰RNA（siRNA）是一种常见的带负电生物活性大分子，由于其序列特异性基因沉默活性即RNA干扰（RNAi），近几十年来受到了广泛的研究关注。然而基于内在脆弱和带负电性质的阻碍，siRNA的细胞内化需要载体递送来实现。

【成果简介】

近日，东京大学Kanjiro Miyata教授、九州大学Akihiro Kishimura教授与川崎工业振兴研究所Kazunori Kataoka研究员合作，首次使用强电荷、刚性siRNA作为自组装结构基元来制备囊泡，并通过分析囊泡的大小、表面电荷、形貌和离聚物组成等方面验证了基于siRNA的聚离子复合物囊泡的形成。然后广泛地考察了siRNA基聚合物囊泡的结构特征，还证明了siRNA基聚合物囊泡向培养细胞递送siRNA的潜力，为siRNA与其他亲水性生物活性大分子的共同递送提供了一个多功能的平台。该成果以题为" Self-Assembly of siRNA/PEG‑b‑Catiomer at Integer Molar Ratio into 100 nm-Sized Vesicular Polyion Complexes (siRNAsomes) for RNAi and Codelivery of Cargo Macromolecules "发表在国际著名期刊J. Am. Chem. Soc.上。

【图文导读】

图1 聚离子复合物囊泡的形成和腔体中大分子货物的包覆示意图

图2 聚离子复合物囊泡的流体动力学直径和Zeta电位随N/P_feed的变化

图3 基于siRNA的聚离子复合物囊泡的横截面TEM图像

(a) N/P_feed为1.4时聚离子复合物囊泡的横截面TEM图像；

(b) N/P_feed为2.2时聚离子复合物囊泡的横截面TEM图像。

图4 在两种siRNAsomes状态下聚离子复合物囊泡膜的示意图

图5 在不同[GA]/[NH₂]比例下交联siRNAsomes的血清耐受性

图6 siRNA递送能力评估

(a) 与由siLuc或siScr制备得到的siRNAsome样品孵化48小时后，Huh-7-Luc细胞的相对发光强度；

(b) 与由Alexa488-siRNA制备得到的siRNAsome样品孵化48小时后，Huh-7-Luc细胞的相对发光强度；

(c) 通过实时qRT-PCR测定得到的，A549细胞中交联siRNAsomes在N/P_feed为 2.2和[GA]/[NH2]为0.4条件下的内源基因沉默效率。

图7 siRNAsome包覆亲水性大分子及其细胞递送

(a) 由FCS确定的TRITC-Dex的自相关曲线；

(b) 通过流式细胞术分析确定的A549细胞中游离TRITC-Dex和Dex@siRNAsomes的细胞摄取；

(c) 用Dex @ siRNAsomes孵化的A549细胞的CLSM图像。

【小结】

本文中，作者首次成功获得了100纳米大小、单分散且其膜结构中包载了siRNA的聚合物囊泡。有趣的是，在表面电荷和膜厚度方面，可以清楚地观察到两种状态的siRNA基聚合物囊泡，并进而证实对于由单分散、刚性大分子和柔性嵌段共聚物制备的聚合物囊泡，可以调节带电对的整数摩尔比来获得期望结构。而且，siRNA基聚合物囊泡被证明能够在其腔内捕获亲水性大分子（TRITC-Dex）并稳定地将它们保持在生理条件下，同时将它们与siRNAs递送进入培养细胞。基于这些独特的特性，siRNA基聚合物囊泡可以用于在膜结构和内腔中包载各种类型的生物大分子，还有望作为多功能纳米载体用于诸如多模态治疗和治疗诊断等方面。

文献链接：Self-Assembly of siRNA/PEG‑b‑Catiomer at Integer Molar Ratio into 100 nm-Sized Vesicular Polyion Complexes (siRNAsomes) for RNAi and Codelivery of Cargo Macromolecules (J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b13641)

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