基于化学修饰核苷酸的智能DNA胶束合成及应用研究

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核酸在许多关键生命活动的分子过程中发挥着重要的作用。其中,DNA具有良好的生物相容性和可编程性,近年来在癌症治疗等方面表现出良好的应用前景。然而,DNA的性质在结构上受到四种天然碱基结构的限制,使其应用范围大大减小。含四种碱基的天然核酸已经能构成丰富多彩的世界,如果能对核苷酸进行化学修饰,将赋予核酸分子更多的功能。二茂铁是一种具有夹心结构的金属有机小分子,其本身具有疏水性但在酸性条件下易发生氧化变为亲水性。DNA是亲水性分子,因此通过二茂铁基团的修饰可以赋予DNA分子两亲性的结构。两亲性DNA分子在溶液中可以通过疏水性相互作用发生自组装形成胶束,通过调节两亲性DNA胶束亲水/疏水链段的比例,可以获得不同初始大小的胶束,提升了胶束材料在合成过程中尺寸和形貌的可设计性。此外,二茂铁修饰的两亲性DNA胶束在酸性环境中很容易被氧化,导致疏水段的长度变短,从而发生尺寸收缩,使其成为具有酸响应能力的智能胶束。因此,基于二茂铁基团的独特性质,我们设计合成了含二茂铁修饰的两亲性DNA序列。在此基础上构建了具有酸响应能力尺寸可调的智能胶束,并探索了其在化学动力学治疗方面的应用前景。主要研究内容如下:(1)合成了具有疏水性质的含二茂铁基团的人工修饰二茂铁基核苷酸,并通过DNA固相合成的方法将二茂铁基核苷酸合成在能靶向A549肺癌细胞的亲水性DNA适配体的末端,形成两亲性的DNA聚合物。(2)该两亲性聚合物在溶液中能自组装成为核酸胶束。通过对末端含有3个、5个、7个以及15个二茂铁基核苷酸的核酸胶束的尺寸和形貌表征,发现含7个二茂铁基核苷酸的两亲性DNA分子形成的核酸胶束大小约为100 nm,能很好的满足增强渗透滞留效应介导的肿瘤靶向积累要求。接下来,我们通过实验发现该核酸胶束在肿瘤酸性条件下会被过氧化氢氧化,二茂铁基核苷酸由疏水变为亲水,胶束尺寸收缩至10 nm,具有良好的肿瘤深层渗透潜力。(3)核酸胶束上的二茂铁基团能够催化芬顿反应,实现肿瘤的化学动力学治疗。基于核酸胶束在肿瘤部位良好的积累效果和深层渗透潜力,我们在其上负载葡萄糖氧化酶后得到了包覆葡萄糖氧化酶的核酸胶束,并以A549异体移植荷瘤小鼠为模型,证明了核酸胶束具有优良的化学动力学治疗能力。
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