离子聚合物

重组病毒都为媒介的DNA传递系统 （二）重组病毒都为媒介的 传递系统
• 所有病毒都具有有效穿透细胞膜的能力，这是它作为DNA媒 介的基础之一。 • 重组病毒的媒介： • 1、逆病毒（Rt）： 、逆病毒（ ）： ）：由一大家族包封的单股RNA病毒组成， 粒径为70-100nm左右，外层由病毒糖蛋白脂质包封，内核由 挂有逆病毒的结构蛋白组成。 • 能整合DNA到宿主染色体中，导致宿主细胞永久性转变，同 时带来癌症和感染的风险。
离子聚合物及其在药剂学中 的应用
前言
• 离子聚合物 离子聚合物（ionic polymers）是一类在酸性或碱性介质中 可产生解离，形成带正电荷或负电荷的高分子材料，又称 “聚电解质”（polyelectrolyte）。 • 离子聚合物与无机电解质的区别： 离子聚合物与无机电解质的区别： 离子聚合物不仅具有一般电解质的电性特点，还有聚合物 大分子的特点。 • 当两种带相反电荷的聚电解质遇到一起，两种大分子可通 过静电吸引力相互作用形成大分子复合体，称为聚电解质 聚电解质 复合物（polyelectrolyte complex）。 复合物
三、聚电解质复合物的分类
• 按其组成分类： • （一）聚阳离子-聚阴离子复合物 聚阳离子 聚阴离子复合物 • 以弱的聚酸和弱的聚碱所形成的聚电解质复合物为主，在 中性条件下稳定，酸性或碱性条件下具有pH响应的性质。 • （二）聚离子-两性大分子复合物 聚离子 两性大分子复合物 • 两性大分子链上一般都同时含有酸性或碱性基团，当环境 pH等于大分子等电点pK时，表现为中性；当环境pH偏离 pK时，则表现出电荷性质的变化。
第一节 概述
• 天然离子聚合物： 天然离子聚合物： 海藻酸钠、壳聚糖、肝素、透明质酸、明胶等 • 人工合成离子聚合物： 人工合成离子聚合物： 聚丙烯酸、聚环乙亚胺、聚赖氨酸、聚乙烯胺、聚膦腈等 • 近几年，将阳离子聚合物、阴离子聚合物、两性大分子组 合起来的聚电解质复合物，在缓控释药物剂型、免疫隔离 细胞移植方面，在多肽蛋白给药系统及基因治疗方面可得 到很好的应用。
• （三）聚离子-小分子离子复合物 聚离子 小分子离子复合物 • 聚阳离子或聚阴离子，可能通过小分子离子如酸根或无机 金属离子的静电作用形成复合物。 • （四）两性大分子间形成的复合物 • 多肽蛋白质类大分子属于两性大分子，它既可作药物载体 ，又可作为模型药物。 • （五）离子交换树脂-解离型药物结合体 离子交换树脂 解离型药物结合体 • 离子交换树脂是一种用交联剂通过共价键交联的一类固态 的聚阴离子或聚阳离子，他可以和解离型药物通过离子交 换形成复合物——药树脂。
（四）阳离子聚合物作为基因传递系统载体的实例
一、聚电解质复合物释药系统的形成机制
• （一）聚电解质复合物包埋模型药物
当阳离子聚合物（聚阳离子）、阴离子聚合物（聚阴离子） 与模型药物混合时，由于静电作用，聚阳离子与聚阴离子通 过盐键形成更大分子量的聚电解质复合物，将药物包埋其中 ，类似于整体型或骨架型装置。
（二）聚离子与小分子离子形成聚电解质复合网络 结构
二、DNA传递系统中载体的介导作用 传递系统中载体的介导作用
• 转染效率：是指用重组DNA孵育后24h内能显示重组基因 转染效率： 表达的那些细胞百分数。 • 转变效率：是指那些能表现长期重组基因表达的细胞百分 转变效率： 数。 • 以二者作为衡量与判断基因转移足够与否的尺度。 • 改进方法： 改进方法： • 1、以重组病毒为媒介DNA给药系统 • 2、以脂质体为媒介DNA给药系统 • 3、以聚离子为媒介的DNA给药系统
• 该系统的脂质体种类主要是大单室脂质体、pH敏感脂质体 、免疫脂质体、融合脂质体与阳离子脂质体。 • 阳离子脂质体突出优点： 阳离子脂质体突出优点： • 1、对DNA、多肽、蛋白质大分子等这些聚电解质敏感， 有比较高的转运能力，且转染率很高； • 2、可与基因直接混合，靠静电形成复合物，不受基因体 积大小限制； • 3、使DNA螺旋结构的庞大空间体积缩合，加强了系统穿 透能力，使得基因-阳离子脂质体复合物成为多种混合结 构体。
（三）聚电解质复合物在基因治疗中Βιβλιοθήκη Baidu应用
• 由于脂质体与重组病毒在基因介导中存在着许多难以解决 的难题，限制他们在人类疾病基因治疗方面应用，近几年 ，以非病毒材料为基因载体的基因治疗研究引起重视，其 中聚阳离子 聚阳离子与基团（聚阴离子）形成聚电解质复合物，模 聚阳离子 拟类似于病毒的结构作为基因载体也是离子聚合物应用的 一个重要方面。
脂质体介导的DNA传递系统 （一）脂质体介导的 传递系统
• 脂质体介导的DNA主要依赖于组成脂质体的磷脂成分能促 进细胞膜的融合，加速DNA的转移。 • 主要优点： 主要优点： • 1、脂质体与基因复合过程容易，便于生产； • 2、脂质体是非病毒性载体与细胞膜融合将目的基因导入 细胞后，本身降解无毒，无免疫原性； • 3、DNA可得到保护，不被灭活或被核酶降解。
一、基因治疗的基本原理与步骤
• （一）基本原理 • 基因治疗 基因治疗是一种利用纠正基因缺陷取代突变基因，产生一 种治疗性蛋白来治疗人类疾病的一种医学介入方法。 • 基因治疗类似于器官移植，着眼点是特定的基因缺陷或病 理生理途径。
• （二）主要步骤 • 1、必须将DNA传递到靶 位 • 2、穿透细胞膜并内化 • 3、移植于细胞核 • 4、DNA转录与翻译 • 5、蛋白质加工
基因治疗的DNA给药系统 第二节 基因治疗的 给药系统
• DNA给药系统（DNA delivery system）是随着近代生物技 给药系统（ 给药系统 术发展而产生的一种新型给药系统与治疗疾病的方法。 • 基因治疗DNA给药系统属于靶向给药系统范畴，这种靶向 是细胞与分子水平上的靶向。 • 重组DNA首先必需在载体介导下达到靶细胞表面，穿透细 胞膜，进入细胞核，整合在染色体中，取代突变基因，补 充缺失基因或关闭异常基因，然后由mRNA翻译进入核糖 体，经加工重组新的蛋白。
• 当聚阳离子或聚阴离子分别与无机酸根或无机金属阳离子 相互作用时，小分子离子通过“egg-box”机理使聚阳离聚 “ 集、凝胶化。此时，药物被包埋在网络之中，如果被小分 子离子交联后的聚离子表面再复合一层带相反电荷的聚离 子，则可形成包裹型的微胶囊。
• 海藻酸钠聚阴离子用Ca2+交联，海藻酸聚离子中-COO-一 方面可通过Ca2+交联，剩余的-COO-还可以与其他聚阳离 子形成聚阴离子-聚阳离子复合物，药物被包裹在内层聚 阴离子链中，外层由聚阳离子所包裹。
二、聚电解质复合物特征
• （一）对细胞亲和力强，在体内易被清除 对细胞亲和力强， • 除了共价键交联的离子交换树脂外，大部分的聚电解质是 水溶性的。这种带电荷的可溶性的聚电解质易于粘附于细 胞表面，被细胞吞噬的几率很大。 • （二）制备条件温和，为研制多肽、蛋白质类药物新剂型 制备条件温和，为研制多肽、 创造条件 • 制备聚电解质复合物，一般是在水溶液中通过“盐桥”作 用形成的。不需加入那些对细胞有毒的有机溶剂与各种引 发剂、催化剂，反应一般不需加热、加压、紫外照射等。
• （三）能模拟类似于病毒的结构，作为基因载体 能模拟类似于病毒的结构， • 目前，基因治疗大多以病毒为载体，但这可能导致内源性 病重组、致癌、免疫反应等副反应，限制了其在人类疾病 基因治疗方面的应用。聚阳离子和基因可形成聚电解质复 合物，具有一些类似病毒的功能。 • （四）聚阴离子作为药物载体具有抗病毒的潜力 • 特点： 特点： • 1、对HIV-1，HIV-2和一系列其他包膜病毒具有明显的宽 谱抗病毒作用； • 2、能阻止HIV感染与CD4T淋巴细胞间融合细胞素形成； • 3、减低病毒药物长久使用引起的抗药性。
（三）离子聚合物与模型药物形成的聚电解质复 合物
• 这一类模型药物大多数是用于治疗某种疾病的多肽、蛋白 质、基因等，如碱性生长因子 碱性生长因子(BGF)一般等电点大于9.0， 碱性生长因子 在生理条件下带负电荷，可以与带正电荷的聚阳离子通过 静电作用形成聚电解质复合物。
• 另外，用聚阳离子与基团（聚阴离子）形成聚电解质复合 物，模拟类似于病毒的结构作为基因载体也是离子聚合物 应用的一个重要方面。 • 此时使用的聚阳离子以多肽 多肽为主，如聚赖氨酸（PLL）； 多肽 也可以在聚阳离子分子链上引入具有特殊功能基因，如半 乳糖基、转铁蛋白等，使聚阳离子/基因纳米具有类似病 毒功能，进入细胞核。
• 2、腺病毒（Ad）： 、腺病毒（ ）： ）：无外包膜同分异构双股DNA病毒，直 径70-90nm，病毒染色体由单一线性双股DNA组成。 • 优点： 优点： • 1、人类的的Ad与人类中肿瘤癌变无关； • 2、穿入细胞与复制效率很高且不需活性宿主细胞增殖； • 3、Ad病毒易于繁衍且原始病毒上层清液易浓缩成高滴度； • 4、Ad病毒能高效逃脱胞浆质泡进入细胞浆。 • 缺点： 缺点： • 对病毒蛋白的免疫反应和重组基因表达的短暂特征
（四）药树脂
• 药树脂 药树脂是已固化的离子聚合物与带有酸性或碱性基团的 药物结合起来形成的一类特殊的“聚电解质复合物”。 • 通常将含酸性基团的阳离子交换树脂与碱性药物结合成 药树脂，或含碱性基团的阴离子交换树脂与酸性药物形 成药树脂。 • 制作方法： 制作方法： • 静态交换法：将离子交换树脂与药物水溶液在搅拌下， 静态交换法： 浸泡至离子交换平衡为止。 • 动态交换法：用药物水溶液为移动相，直至交换达到平 动态交换法： 衡。