发表在Langmuir上的文章，Brush-Structured Chitosan/PolyHEMA with Thymine and Its Synergistic Effect on the Specific Interaction with ssDNA and Cellular Uptake。这篇文章的通讯作者是朱拉隆功大学石油与石油化学学院的Suwabun Chirachanchai教授和泰国国家纳米中心的Uracha R. Ruktanonchai教授。

基于单链DNA(ssDNA)的疗法被认为是治疗癌症的潜在基因疗法，ssDNA能够在宿主细胞中转化为具有转录活性的双链DNA，并发挥作用。然而，将ssDNA递送至靶细胞需要考虑体内核酸酶敏感性、吞噬细胞快速清除以及细胞摄取有限等因素，因此开发ssDNA的合适载体来优化递送过程十分重要。目前，多项研究指出，将ssDNA与阳离子聚合物结合可提高体内稳定性以及细胞摄取量。

在多种生物衍生高分子中，壳聚糖(CS)不仅具有基本的生物相容性和生物可降解性，而且是唯一一种含有氨基，可以发挥阳离子特性并进行各种化学修饰的多糖。本文中，作者提出了含有胸腺嘧啶(Thy)的聚(甲基丙烯酸羟乙酯)(PHEMA)修饰CS的设计思路，并为其他以基因传递为目标的多糖和核酸序列协同修饰过程提供了理想模型。

如图1所示，作者将侧链修饰有Thy的PHEMA与CS缀合得到具有刷状结构的CS-P(HEMA-Thy)，同时还在相同条件下制备了不带有Thy的CS-PHEMA。然后，作者研究了CS、CS-PHEMA和CS-P(HEMA-Thy)与ssDNA形成的复合物在100 mM醋酸盐缓冲液中的zeta电位随N/P值的变化。其中N和P分别代表CS中胺基和ssDNA中磷酸基团的含量，这使得CS、CS-PHEMA和CS-P(HEMA-Thy)具有相同的N/P比例。当N/P值为5-50时，zeta电位变为正值，意味着CS骨架和ssDNA此时完全结合并且能够在细胞内化后体现正电性(图2)。

作者通过透射电子显微镜(TEM)阐明了三种复合物在100 mM醋酸盐缓冲溶液中的形态。当N/P值为10时，CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA复合物为致密透明的球形颗粒(图3c)，而另外两种复合物仅观察到松散堆积的颗粒结构。动态光散射(DLS)结果表明CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA复合物的粒径保持在50-250 nm的范围内，适合于细胞摄取(图4)。此外，当N/P值为20和50时，CS-PHEMA/ssDNA复合物的粒径分别为280 nm和315 nm，表明Thy可能具有延迟溶胀的作用。

随后，作者进一步探究了CS-P(HEMA-Thy) /ssDNA复合物中可能存在的相互作用。如图5所示，CS/ssDNA和CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA分别在N/P值为50和20时观察到完全阻滞，证明PHEMA刷中的Thy能够形成稳定的氢键作用。此外，CD光谱显示当N/P值为50时，CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA中代表ssDNA螺旋性(250 nm)和π-π碱基堆积(280 nm)的峰完全消失，紫外-可见光谱观察到CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA相比ssDNA具有显著的增色效应。这些结果证明CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA复合物中ssDNA的螺旋结构已被破坏，并且CS-P(HEMA-Thy)与ssDNA之间可能形成CS骨架与磷酸基团的静电相互作用以及Thy序列与互补碱基的氢键作用。

最后，作者研究了CS/ssDNA和CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA复合物的细胞摄取与内化。如图6所示，激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)图像表明CS/ssDNA和CS-P(HEMA-Thy)/ssDNA复合物能够被HeLa细胞摄取，而ssDNA则不能。同时，合并图像中可以观察到CS-P(HEMA-Thy)处理后细胞质中的ssDNA荧光强度更高，表明Thy序列促进了ssDNA的细胞内化。

    总的来说，作者报道了CS与修饰有Thy序列的PHEMA缀合形成刷状聚合物的合成路线。对CS-P(HEMA-Thy)/ ssDNA复合物的研究表明，CS-P(HEMA-Thy)与ssDNA之间能够形成静电相互作用以及互补碱基间的特异性氢键相互作用，从而促进复合物的细胞摄取与细胞内化。作者为CS骨架与碱基序列在基因传递系统中发挥协同作用提供了良好模型，并且这种策略对其他多糖也很适用。

作者：QJC    审校：ZZC

DOI: 10.1021/acs.langmuir.2c00559

Link: https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c00559