新型可降解聚阳离子基因载体输送VEGF-shRNA以及HIF1α-shRNA在局部肿瘤治疗中的应用

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heran3
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肿瘤血管生成是肿瘤生长的必要条件。在肿瘤组织的血管生成中,血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)起到了至关重要的作用。VEGF能增加血管通透性,特异性刺激内皮细胞增殖和迁移。缺氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)在缺氧环境下能正向调节一系列包括VEGF在内的与肿瘤血管生成、肿瘤细胞增殖和肿瘤浸润有关的细胞因子,从而促进血管新生,加速肿瘤的生长。RNA干扰是一种基因治疗策略,指的是RNA分子通过降解靶向的m RNA分子或阻止m RNA分子进行翻译而抑制基因表达或翻译的生物过程,可用于沉默VEGF和HIF-1的表达,减缓肿瘤生长。本研究以分枝状聚乙烯亚胺1800 Da为基本构建单元,2,5-噻吩二甲醛(2,5-Thiophenedicarboxaldehyde,TDA)为连接剂,构建了生物可降解的聚阳离子基因载体TDAPEI,并对其结构进行鉴定。然后将聚阳离子载体与两种质粒DNA pc DNA-VEGF-sh RNA以及pc DNAHIF1α-sh RNA复合,并对复合物进行了表征。在细胞水平层面,我们分别对细胞转染,细胞摄取,细胞毒性和非特异性免疫反应等方面进行了考察。我们最终建立了BALB/c小鼠肿瘤模型,通过瘤内注射TDAPEI与pc DNA-VEGF-sh RNA或/和pc DNA-HIF1α-sh RNA形成的复合物进行治疗,考察复合物的肿瘤治疗作用。我们通过计算肿瘤体积和肿瘤中的血管密度评估TDAPEI/pc DNA-VEGF-sh RNA和TDAPEI/pc DNA-HIF1α-sh RNA的体内沉默效率和肿瘤治疗效果。我们分别对心、肝、脾、肺和肾五种主要器官进行H&E染色,观察组织细胞形态初步考察TDAPEI所形成的复合物在动物体内的毒性。实验结果:(1)琼脂糖凝胶电泳测试结果显示,TDAPEI/pc DNAVEGF-sh RNA复合物质量比为0.3时,TDAPEI/pc DNA-HIF1α-sh RNA复合物质量比为0.5时,聚阳离子基因载体材料能够完全包裹pDNA,具有相当强的凝聚及压缩pDNA形成复合物纳米颗粒的能力。由复合物粒径结果可知,TDAPEI/pc DNA-VEGF-sh RNA和TDAPEI/pc DNAHIF1α-sh RNA复合物的粒径都稳定在100-200nm之间,PDI均在0.3以下,粒径分布较狭窄。两种复合物的Zeta电位均稳定在30m V左右,表明此时分散体系较为稳定,不容易发生聚集。透射电镜观察结果表明,质量比为20的两种复合物纳米颗粒均为类球形,粒径在100nm左右,形态比较规则,结构较为紧密,分散体系比较稳定,未发生纳米颗粒聚集的现象。(2)在细胞转染效率方面,质量比为1:1-50:1的TDAPEI/pc DNA-GFP复合物在CT-26细胞中的转染效率为1.32%-21.5%,在SMMC-7721细胞中的转染效率为2.08%-17.1%,当质量比达到10:1及以上时,TDAPEI/pc DNA-GFP复合物的转染效率均达到或超过了PEI25KDa I/pc DNA-GFP复合物的转染效率。从激光共聚焦显微镜拍摄的图像中,可以看出转染4小时后,pDNA成功地被细胞摄取,形成了内涵体,并与细胞内的初级溶酶体结合形成了次级溶酶体,将复合物输送到了细胞核周围,少量复合物完成了内涵体-溶酶体逃逸,TDAPEI分解释放出pDNA,进入了细胞核。在细胞毒性方面,TDAPEI/pDNA组在在SMMC-7721和CT-26中的细胞成活率远超过PEI 25k Da/pDNA组的细胞成活率,细胞毒性较小。在非特异性免疫反应检测实验中,TDAPEI基本不会引起非特异性免疫反应。(3)从小鼠的肿瘤体积变化曲线图中可以看出,TDAPEI组的肿瘤生长较为缓慢,较少出现肿瘤体积在短时间内迅速增大的现象,肿瘤体积较小,表明TDAPEI输送VEGF-sh RNA和HIF1α-sh RNA能够有效减缓肿瘤生长,起到治疗作用,沉默效果与阳性对照组相似。从肿瘤组织的CD31染色切片来看,TDAPEI组中的内皮细胞大多呈点状或现状排列,表明肿瘤组织中存在的大部分是微血管,而且数量远少于空白对照组。从主要器官的H&E染色切片来看,在TDAPEI实验组中,绝大多数的组织细胞形态结构与生理盐水组相似。因此可初步判断TDAPEI对机体各主要器官的毒性较小。TDAPEI具有较强的凝聚及压缩pDNA形成复合物纳米颗粒的能力,可被细胞内吞并通过质子海绵效应从内涵体逃逸,在细胞内释放DNA,DNA进入细胞核转录成sh RNA并在Dicer酶的作用下剪切为si RNA,发挥生理学作用,基因载体材料分解并完成自身的无毒化代谢。经过一系列实验研究,我们最终确认所合成的聚阳离子材料TDAPEI是一种高效低毒的基因载体。
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