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研究背景:CD44是一种多功能的细胞黏附分子和细胞表面受体。它参与胞外基质结合,细胞迁移和淋巴归巢等过程。CD44有多种亚型,包括CD44s(标准型),CD44E(上皮细胞型)和CD44v(变异体)。研究发现标准型CD44与维持组织的三维结构有关。而CD44变异体,特别是CD44v6在胃癌等多种癌症的远处转移和肿瘤细胞的浸润生长起重要作用。
近来RNA干扰(RNA interference,RNAi)作为一种有效的基因沉默技术用于基因治疗等方面。自从它的机制发现后,小干扰RNA(siRNA)已经应用于基因功能的分析和疾病治疗中。大量研究表明,RNA干扰对于多种疾病(包括癌症)的治疗具有广阔的前景。
siRNA的有效运输需要载体系统克服细胞内外的多个屏障。近来,脂质体和阳离子聚合物为基础的非病毒载体是siRNA体外应用中比较常用的运载工具。它们与病毒载体相比,具有低免疫原性和高安全性等优点。而阳离子聚合物为基础的非病毒载体与脂质体比较,有以下优点:安全性更高,方便大规模生产,高稳定性,结构易调整。在作为非病毒载体的阳离子聚合物中,聚乙烯亚胺(PEI)结构中有多个胺基基团,它能够复合带负电的DNA或siRNA,产生“质子海绵”的效应。一些研究表明,PEI的转染率高于其他的阳离子聚合物。然而,PEI的体内毒性较大。因此,聚乙二醇(PEG)用来修饰PEI,提高基因转染率并降低了细胞毒性。
目的:本研究的目的是探索非病毒基因载体聚乙烯亚胺-聚乙二醇(PEI-PEG)和siRNA形成纳米微粒的制备、理化性质及其在体外转染胃癌细胞后对CD44v6基因的干扰效果。
方法:本研究采用人工合成的PEI-PEG纳米材料,以不同的N/P比(即PEI-PEG的胺基基团和siRNA的磷酸根基团的理论电荷比),使其与靶向CD44v6基因的siRNA形成复合物。通过粒径和电位的测定、凝胶阻滞试验、扫描电镜等试验方法,观察PEI-PEG/siRNA纳米微粒的理化性质及复合效果。
以lipo2000/siRNA和PEI(25kDa)/siRNA做对照,MTT细胞毒性试验检测纳米微粒对胃癌SGC7901细胞的毒性。
绿色荧光FAM标记的siRNA转染胃癌SGC7901细胞后,分别用荧光显微镜和流式细胞仪检测转染率的高低。
用PEI-PEG/siRNA-CD44v6纳米微粒转染胃癌细胞后,用RT-PCR和Western Blot试验分别在mRNA水平和蛋白水平分析siRNA对CD44v6的基因下调作用。
结果:
1)试验结果显示,随着N/P比的增大,PEI-PEG/siRNA复合物的粒径有减小的趋势。当N/P=30时,纳米微粒的粒径为(192.1±2.8)nm。
2)同时N/P比由5增加到10,表面电位逐渐增大,由(-5.76±1.12)mv增加为(26.86±0.76)mv。
3)扫描电镜下纳米微粒的形态呈大小均一的球形,大小在240nm左右。
4)当N/P比为15时siRNA和PEI-PEG完全复合,凝胶阻滞试验无条带出现。
5)流式细胞仪测得的细胞基因转染率随着复合物N/P比增大而增大。当达到N/P=30时,转染率为75.6±9.2%,高于对照组lipo2000/siRNA和PEI(25kDa)/siRNA。
6)荧光显微镜下显示,随着PEI-PEG/siRNA复合物N/P比增大,转染进胃癌细胞的FAM标记的siRNA增多。且N/P=15和30组,细胞内的FAM-siRNA高于lipo2000和PEI(25kDa)组。
7)MTT试验表明,PEI-PEG的细胞毒性随其终浓度增加而增大,PEI-PEG的毒性低于相同终浓度时PEI的毒性。而且,当N/P比小于15时,PEI-PEG/siRNA的毒性明显低于lipo2000/siRNA。
8)RT-PCR和Western Blot分析表明在mRNA和蛋白水平siRNA对胃癌细胞的CD44v6基因表达有下调作用。CD44v6蛋白表达下调到正常59.7±3%的水平。
结论:
1)本研究表明PEI-PEG作为一种新颖的非病毒基因载体,可与siRNA有效结合形成纳米微粒。
2)PEI-PEG与siRNA复合成粒径在200nm左右、带正电荷的纳米微粒,能将siRNA有效的转染进胃癌细胞中。
3)PEI-PEG具有细胞毒性相对小、转染率高等优点。
4)PEI-PEG/siRNA复合物对胃癌细胞的CD44v6基因表达有明显的下调作用。