本發明專利技術涉及一類側掛半乳糖和賴氨酸的陽離子聚合物，制備方法及其作為生物功能材料在基因運輸中的應用。所述的應用可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT)反應來制備陽離子聚合物，條件溫和、易操作、成本低，可制備結構規整、分子量分布較窄的聚合物，去保護后可制備得到側掛半乳糖和賴氨酸的水溶性甲基丙烯酸酯類陽離子聚合物。該系列陽離子聚合物的側基為天然半乳糖和賴氨酸砌塊，其具有較好的生物相容性。此外，相比于商業化載體聚乙烯亞胺(bPEI-25k)而言，該系列陽離子聚合物作為基因輸送載體在有血清(10％FBS)存在的條件下具有更高的基因轉染效率。因此，該類聚合物在體外基因輸送及基因治療領域具有廣泛的應用前景，是一類有潛力的臨床基因轉染試劑。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術設及生物功能材料領域。具體設及到系列側掛半乳糖和賴氨酸的陽離子大 分子、制備方法及其作為功能基因載體材料的用途。
技術介紹
目前，具有低細胞毒性、低免疫原性及高基因輸送性能等優點的非病毒載體的開 發引起了生物功能材料相關領域的廣泛關注。目前常用的非病毒載體有聚己締亞胺（PEI)， 聚酷胺胺型樹枝狀聚合物（PAMAM)，聚甲基丙締酸N，N-二甲氨基己醋（PDMAEMA)等，它們的 特點是含有大量的陽離子片段，能和帶有陰離子主鏈的DNA或RNA有效結合，從而保護所運 輸基因W避免其被體內的酶（如面ase等）降解，進一步提高基因運輸效能。然而，上述聚 合物都是由非天然材料合成得到，其大都具有生物相容性差，毒性高等缺點。因此利用生物 相容性天然產物發展新型生物功能材料，其對于材料科學和臨床醫學中具有重要意義。一 些由天然氨基酸組成的聚合物，如聚賴氨酸，聚苯丙氨酸，聚組氨酸等，與其他非天然的聚 合物相比，其在體外的基因轉染效率高，具有很好的生物相容性和低毒性，在本專利技術的前期 工作中，已經開發了一系列具有側掛天然賴氨酸的陽離子聚合物，發現其在體外能夠作為 高效、低毒的載體在基因轉染生物材料方面得到應用。 然而，迄今為止，人們發現許多在體外具有高基因轉染性能的載體材料在體內環 境中的基因轉染效率急劇下降，使得其無法滿足臨床基因治療的實際需求。其中一個重要 原因是陽離子載體容易與血清中帶有負電荷的蛋白發生非特異性相互作用，導致載體的解 離而無法實現高效基因轉染，該些因素限制了其在臨床基因治療中的實際應用。近年來人 們發現在陽離子聚合物載體中引入生物相容性的聚己二醇（PEG)組分能夠增加陽離子載 體/基因復合物在生物介質中的穩定性，降低納米顆粒表面的正電荷，減少與血液中蛋白 組分的吸附和共聚集，然而，PEG的包覆會導致較強的電荷屏蔽和體積排斥作用，從而降低 載體/pDNA復合物的內吞能力和轉染效率，且已有研究表明PEG可能引起免疫反應，在注射 后易被人體循環系統所清除。為了解決該一問題，很有必要設計發展其它的生物相容性的 親水擱塊（或片段）來作為PEG的補充材料（或是替代材料），目前，人們發現一些兩性離 子聚合物和含糖聚合物具有和陽G類似的性能，且不會產生上述陽G所導致的副作用，很值 得深入研究開發。其中，含糖聚合物中所采用的糖類化合物來源于天然動植物，生物相容性 高，具有很好的親水性W及優良的生物降解和代謝性能。直接采用天然陽離子多糖（如殼 聚糖、葡聚糖和環糊精等）構建生物相容性基因載體是近年來基因載體領域的研究熱點， 然而，天然多糖多具有復雜的分子結構、分子規整度較低、也難于實現定點、定量的功能化 修飾與改性，使得不同批次之間的產品質量難于標準化控制。而且，由于天然多糖基因載體 的結構不能得到精確調控，因而很難深入闡明其分子結構與材料性能的關系。上述性能使 得天然多糖基因載體材料的深度的研發和臨床應用受到了一定的制約。 綜上所述，發展制備一類結構規整、分子量可控的含糖聚合物，非常有利于糖基陽 離子聚合物基因載體材料的進一步優化和深入研發，而且很有必要發展一些操作簡單，條 件溫和的合成制備方法來制備得到上述糖基陽離子聚合物。基于上述原因，本專利技術中擬W 天然賴氨酸和半乳糖為分子擱塊構建功能單體，通過可逆加成-斷裂鏈轉移自由基聚合 (RAFT)設計合成了一類結構規整的含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物，并將上述聚 合物進一步發展成為一類新型高效、低毒的基因輸送載體材料，特別是期待通過半乳糖親 水基團的引入增強該類載體在血清中的穩定性，使其初步滿足體內基因轉染的要求。該也 是本專利技術所致力的目標。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種側掛半乳糖和賴氨酸的水溶性陽離子功能大分 子。 本專利技術的目的之二在于提供一種側掛半乳糖和賴氨酸的水溶性陽離子功能大分 子的制備方法。 本專利技術的目的之=在于提供一種側掛半乳糖和賴氨酸的水溶性陽離子功能大分 子作為基因功能載體的應用。 本專利技術所提供的一種側掛半乳糖和賴氨酸的陽離子功能大分子的化學結構如通 式（I)所示：【主權項】1. 一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物，其具有如下結構通式：其中，A-表示陰離子：氯離子、溴離子、碘離子、三氟甲磺酸根離子或三氟乙酸根離子； η為含有半乳糖砌塊單體的平均聚合度，為2-50 ;m為含有賴氨酸砌塊單體的平均聚合度， 為10~500。2. 如權利要求1所述的一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物，其特征是所述 的η為2~50 ;所述的m為10~500。3. 如權利要求1所述的一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物的制備方法，其 特征是采用以下步驟獲得： 第一步：將Boc-賴氨酸甲基丙烯酸酯單體L酮保護半乳糖 的甲基丙烯酸酯發劑偶氮二異丁腈，鏈轉移試劑二硫代苯甲酸-(4-氰基戊 酸）酯溶于有機溶劑中，在l〇_95°C下反應10_40h后，蒸餾除去有機溶劑，純化除掉單體，得 到同時具有Boc-賴氨酸側鏈和叉酮保護半乳糖側鏈的甲基丙烯酸酯聚合物；通過核磁共 振和凝膠滲透色譜測試均聚物的分子量和分子量分布；Boc-賴氨酸甲基丙烯酸酯聚合物 的分子量在2千-40萬之間，其通式如下式（II )所示：其中，Boc表示叔丁氧甲酰基；所述的偶氮二異丁腈，賴氨酸甲基丙烯酸酯單體，叉酮 保護半乳糖的甲基丙烯酸酯和二硫代苯甲酸-(4-氰基戊酸）的摩爾比為I : 10~5000 : 2 ~500 :1 ~10 ; 第二步：第一步制備得到的聚合物加入有機酸或無機酸在10-50°C下反應l-5h以去 除保護基團，得到含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物，其結構如權利要求1所示；其 中，第一步制備得到的聚合物和有機酸或無機酸的摩爾比為I :1. 5~2. 5。4. 如權利要求2所述的制備方法，其特征是所述Boc-賴氨酸甲基丙烯酸酯聚合物的分 子量在8千-30萬之間。5. 如權利要求2所述的制備方法，其特征是所述有機溶劑為二氯甲烷、乙酸乙酯、 1，4-二氧六環、四氫呋喃、三氯甲烷、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、甲醇、乙醇、乙腈、丙 酮、苯或甲苯。6. 如權利要求2所述的制備方法，其特征是所述步驟二中使用的有機或無機酸是鹽 酸、氫溴酸、氫碘酸、三氟甲磺酸或三氟乙酸。7. 如權利要求2所述的制備方法，其特征是所述合成步驟一中的反應溫度為40-80°C， 所述合成步驟二中的反應溫度為室溫。8. -種如權利要求1所述的一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物用于作為 高效、低毒、耐血清環境的生物功能材料。9. 如權利要求7所述的一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物的應用，其特征 是所述的應用指在基因和藥物運輸載體領域中的應用。【專利摘要】本專利技術涉及一類側掛半乳糖和賴氨酸的陽離子聚合物，制備方法及其作為生物功能材料在基因運輸中的應用。所述的應用可逆加成-斷裂鏈轉移聚合(RAFT)反應來制備陽離子聚合物，條件溫和、易操作、成本低，可制備結構規整、分子量分布較窄的聚合物，去保護后可制備得到側掛半乳糖和賴氨酸的水溶性甲基丙烯酸酯類陽離子聚合物。該系列陽離子聚合物的側基為天然半乳糖和賴氨酸砌塊，其具有較好的生物相容性。此外，相比于商業化載體聚乙本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一類含有半乳糖和賴氨酸側基的陽離子聚合物，其具有如下結構通式：其中，A?表示陰離子：氯離子、溴離子、碘離子、三氟甲磺酸根離子或三氟乙酸根離子；n為含有半乳糖砌塊單體的平均聚合度，為2?50；m為含有賴氨酸砌塊單體的平均聚合度，為10～500。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：曹阿民，孫景景，盛瑞隆，羅挺，王昭，
申請(專利權)人：中國科學院上海有機化學研究所，
類型：發明
國別省市：上海;31
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