西电生科院邓宏章教授在国际顶级期刊PNAS上发表重要成果

西安电子科技大学12-22 10:14

近日,邓宏章教授团队在国际顶级期刊PNAS上,以西电为第一单位,邓宏章为唯一通讯作者发表重要研究成果。PNAS(全称“Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America”,美国国家科学院院刊),于1914年创刊,是全球屈指可数的“百年名刊”之一。

目前,传统基因递送系统均需使用大量可电离/阳离子载体通过静电作用与负电性基因(小干扰RNA (siRNA)、质粒(DNA)以及信使RNA (mRNA))形成复合物来实现对基因的保护与递送。然而,传统可电离/阳离子递送载体存在以下固有不足:高毒性、高体内炎症反应以及细胞胞吐效应。在众多现行传统基因递送系统中,核心思想仍旧是构建可电离/阳离子递送系统通过静电作用来复合基因。如此,通过静电作用复合来负载保护基因,可电离/阳离子是必不可少的,可电离/阳离子载体的固有不足也是无法逾越的一道障碍。

依托西安电子科技大学信息技术与人工智能优势背景,以医工交叉研究为导向,邓宏章教团队在前期研究中,通过对海量功能基团进行人工智能模拟训练,最终筛选出可以通过非离子力与mRNA结合的基团,即为硫脲基团。通过引入电中性硫脲基团构建非离子递送系统,利用其与mRNA磷酸主链强的氢键作用来形成复合物实现基因的递送与保护。结果表明,构建的非离子型递送系统在血清存在下仍然保持较高的转染效率,较低的体内毒性与炎症响应。与传统的可电离/阳离子递送系统相比,非离子型递送系统mRNA体内表达周期可以延长7倍左右。同时,非离子型递送系统可以逃离循环途径。另外,该团队也意外的发现非离子型递送系统具有较好的脾脏靶向能力。

非离子基因递送系统的结构与基因复合物的制备

这项工作是基于非离子脂质为载体,通过强的氢键作用实现了mRNA的有效递送。通过该方式可以保证载基因纳米粒的完整性,规避因mRNA泄露与外排造成的mRNA损失问题,同时避免了传统阳离子基因载体造成的体内炎症反应与毒副作用。如此有效的递送载体展现出了优异的脾脏靶向效果,并有效引起体内免疫与免疫记忆。为许多疾病的免疫治疗提供了有效的递送系统和概念性证明。尽管该非离子基因载体打破了传统静电作用负载基因的常规,展现出一定的优势,但是在系统给药过程中,该载体的血液长循环性仍然需要验证。因此,从系统给药途径出发,提高该非离子纳米基因递送系统的体内长循环,可以为后续治疗各种疾病提供新策略。

论文链接:https://doi.org/10.1073/pnas.2311276120

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