[發明專利]一種多功能石墨烯基因載體的構建與應用

有效

• 申請號: 201610816284.0
• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號: CN107805642B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 董偉;盛偉;陳琦;李軍艦;左淦丞
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C12N15/87
• 分類號: C12N15/87
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞;朱顯國

本發明公開了一種多功能石墨烯基因載體的構建方法，以小尺寸的本身具備熒光的石墨烯量子點為基本載體，通過功能化連接陽離子聚合物支鏈聚乙烯亞胺使其獲得基因轉染能力，同時由于其具備熒光能力可對未參與基因轉染的陽離子聚合物部分進行示蹤。本發明合成工藝簡單，構建的多功能石墨烯基因載體毒性低，轉染效率高，最高能達到80.57％，可同時實現基因轉染與示蹤，可應用到細胞生物學研究以及基因治療領域中。

技術領域

本發明屬于無機化學及生物醫學領域，涉及一種多功能石墨烯基因載體的構建與應用，具體涉及一種應用于基因轉染和示蹤的聚乙烯亞胺修飾的簡單、高效、低毒的多功能石墨烯基因載體。

背景技術

石墨烯量子點作為納米尺寸的石墨烯，不僅具備石墨烯本身的優良性質，同時由于邊緣效應和小尺寸效應,可以表現出獨特的光化學性質，并表現出低細胞毒性，優異的溶解性和良好的細胞相容性。此外，石墨烯量子點的邊緣通常會含有羧基與羥基基團，可與生物分子作用結合。

基因轉染技術是將純化的外源DNA、RNA送入細胞內，并在細胞內表達的技術。基因轉染載體分為兩類，一類是非病毒載體，一類是病毒載體。病毒載體因為毒性大，靶向特異性差，制備工藝復雜應用受到限制；非病毒性載體其轉染效果雖不及病毒性載體高，但其合成工藝簡單，毒性低，應用范圍廣，受到人們廣泛關注。

非病毒性載體，包括脂質體，陽離子聚合物，無機納米載體。其中聚乙烯亞胺(PEI)作為一種可溶于水的陽離子聚合物受到人們廣泛關注，PEI由單體(-CH₂-CH₂-NH-)構成，具有伯胺、仲胺、叔胺，并能在較寬的酸性條件下被質子化，使得PEI具有很強的與DNA結合能力，以及粘附細胞的能力。但是PEI本身具有大量陽離子基團會對細胞膜帶來一定程度的損傷，使細胞產生溶血現象，因而具有一定的細胞毒性，在轉染過程中不可避免得會傷害細胞。陽離子聚合物如聚乙烯亞胺體系，絕大多數聚合物分子處于游離狀態，并不參與負載DNA，將這一部分游離態的陽離子聚合物負載到納米粒子上時可降低其毒性(U.Lungwitz,et al.Polyethylenimine-based non-viral gene delivery systems [J].Eur J PharmBiopharm,2005,60(2):247-66.)。

因此，如何有效的將陽離子聚合物聚乙烯亞胺負載到納米粒子上，降低PEI毒性的同時提高PEI類基因載體的轉染效率，仍是當前基因轉染試劑開發應用中的關鍵。

發明內容

本發明的目的是構建一種多功能石墨烯基因載體，以將石墨烯量子點作為基因載體，與陽離子聚合物聚乙烯亞胺(PEI)作用后，制備出一種低毒性、高效且具備示蹤功能的多功能石墨烯基因載體。

實現上述目的的技術方案如下：

一種多功能石墨烯基因載體的構建方法，包括如下步驟：

將石墨烯量子點在水中超聲分散，加入質量為石墨烯量子點的3-5倍、分子量為10000～25000的支鏈聚乙烯亞胺，超聲分散均勻后加入質量為支鏈聚乙烯亞胺的50％-100％的1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)-碳化二亞胺(EDC)，超聲分散，室溫下攪拌過夜，反應結束后過濾，透析，凍干，得到多功能石墨烯基因載體GQDs-PEI。

優選地，所述的支鏈聚乙烯亞胺與石墨烯量子點的質量比為3：1。

優選地，所述的支鏈聚乙烯亞胺的分子量為25000。

優選地，所述的透析過程中使用的透析袋的截留分子量為500D和1000D。

優選地，所述的超聲時間為15～20min。

本發明在石墨烯量子點表面修飾PEI，降低了陽離子聚合物PEI的毒性，同時保留了其轉染能力，制得的功能化石墨烯量子點毒性低，轉染效率高，最高能達到80.57％，同時由于石墨烯量子點自身具備熒光性質可對轉染過程進行進一步的呈現。