新型阳离子水溶性共轭聚合物的制备及用于细胞成像和基因运输的研究

摘要

作为一种新兴的革命性疗法，基因疗法一直备受关注。但有效的基因疗法很大程度上依赖于所采用的基因运载体系能否将外源基因成功导入到受体细胞中，因此开发安全高效的基因治疗递送载体是基因治疗研究中所亟待解决的关键问题。目前，用于基因运输的载体主要分为病毒载体和非病毒载体两大类。病毒载体虽然转染效率高但其遗传突变风险的缺陷限制了其作为基因运输载体的进一步应用。在非病毒载体中，聚合物载体因其生物安全性更具保障并且转染效率较高，成为了科研工作者研究的热点。　　近年来，水溶性共轭聚合物作为一种新型光电高分子材料，凭借自身较好的生物相容性和优良的光物理性质，在进行基因运输的同时，还可以对基因运输过程和细胞内定位情况实现实时成像，因此水溶性共轭聚合物在基因运输载体领域的应用前景巨大。到目前为止，已经报道了许多种广泛应用于生物医药领域的水溶性共轭聚合物，但是应用于基因运输载体同时对基因运输过程和细胞内定位的情况进行实时成像的水溶性共轭聚合物却鲜见报道。　　在本论文中，通过改变共轭聚合物的主链骨架以及侧链，我们设计合成了三种水溶性共轭聚合物，研究了其光物理性质，并探索了其作为基因运输载体的可行性。此外，我们还研究了水溶性共轭聚合物在基因运输过程中的细胞成像。该研究工作旨在为今后设计性质更优良的水溶性共轭聚合物提供了新的思路，以便更好地将水溶性共轭聚合物应用于细胞成像和基因运输载体领域。　　具体研究工作分别包括以下内容：　　① 新型阳离子水溶性噻吩共轭聚合物的制备及用于细胞成像和基因运输的研究　　设计合成了侧链含有吡咯胍基的噻吩聚合物单体，通过无水三氯化铁氧化聚合法合成得到了噻吩共轭聚合物，脱去疏水性保护基团后得到侧链末端为胍基吡咯的水溶性阳离子噻吩共轭聚合物，测定了共轭聚合物的吸收光谱和发射光谱等光物理性质，并研究了材料与质粒DNA的复合作用，开展了体外细胞转染与细胞成像实验。　　② 新型阳离子水溶性芴苯共轭聚合物的制备及用于细胞成像和基因运输的研究　　设计合成了一种末端含有二苯并环辛炔的功能化树枝状阳离子季胺化侧链，并通过Suzuki偶联聚合法合成了两种侧链末端含叠氮基团的荧光共轭聚合物骨架。我们确证了所合成荧光共轭聚合物骨架的结构，并测定了其吸收光谱和发射光谱等光物理性质。通过“无铜Click反应”将共轭聚合物骨架与功能化侧链共价连接得到水溶性阳离子荧光共轭聚合物，并研究了材料与质粒DNA的复合作用，开展了了体外细胞转染与细胞成像实验。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 水溶性共轭聚合物

1.2.1 水溶性共轭聚合物的简介

1.2.2 水溶性共轭聚合物的分类

1.2.3 水溶性共轭聚合物的合成

1.2.4 水溶性共轭聚合物的性质

1.3 水溶性共轭聚合物在基因治疗领域的应用

1.3.1 基因治疗

1.3.2 基因运输载体

1.3.3 水溶性共轭聚合物用于基因治疗载体的应用

1.4 水溶性共轭聚合物用于活细胞成像的应用

1.5 水溶性共轭聚合物在其他生物医学领域的应用

1.5.1 水溶性共轭聚合物用于药物运输

1.5.2 水溶性共轭聚合物用于药物筛选

1.5.3 水溶性共轭聚合物用于微生物感染的诊断

1.5.4 水溶性共轭聚合物用于肿瘤诊断

1.6 本章小结

2 新型阳离子水溶性噻吩共轭聚合物的制备及用于细胞成像和基因运输研究

2.1 引言

2.2 材料与仪器

2.2.1 材料与试剂

2.2.2 仪器

2.2.3 细胞

2.2.4 质粒

2.3 材料的合成与表征

2.3.1胍吡咯基团单体侧链的合成

2.3.2 噻吩骨架单体的合成

2.3.3 阳离子噻吩共轭聚合物的合成

2.3.4 用于改进水溶性阳离子Linker的合成

2.3.5 改进水溶性后的阳离子噻吩共轭聚合物单体的合成

2.3.6 改进水溶性后的阳离子噻吩共轭聚合物的合成

2.4 材料的性质测定

2.4.1 阳离子水溶性噻吩共轭聚合物材料复合质粒pDNA实验

2.4.2 Hela细胞的培养

2.4.3 体外Hela细胞转染与细胞成像实验

2.5 结果与讨论

2.5.1 聚合物CPT2的核磁共振氢谱图

2.5.2 聚合物CPT2的光物理性质

2.5.3 聚合物CPT2与质粒pCX-EGFP复合后的琼脂糖凝胶阻滞实验

2.5.4 聚合物CPT2与质粒pCX-EGFP复合后体外Hela细胞转染与细胞成像实验

2.6 本章小结

3 新型阳离子水溶性芴苯共轭聚合物的制备及用于细胞成像和基因运输研究

3.1 引言

3.2 材料与仪器

3.2.1 材料与试剂

3.2.2 仪器

3.2.3 细胞

3.2.4 质粒

3.3 材料的合成与表征

3.3.1“无铜Click反应”三键分子Linker的合成

3.3.2三种含叠氮末端的水溶性共轭聚合物骨架的合成

3.3.3 含有阳离子的二代支状季胺化侧链分子的合成

3.3.4 阳离子二代支状季胺化聚合物PFT-A的合成

3.3.5 阳离子二代支状季胺化聚合物PFP-B的合成

3.4 材料的性质测定

3.4.1 阳离子荧光共轭聚合物材料复合质粒pDNA实验

3.4.2 细胞的培养

3.4.3体外细胞的pCX-EGFP转染与细胞成像实验

3.5 结果与讨论

3.5.1聚合物的核磁共振氢谱图

3.5.2 聚合物的光物理性质

3.5.3 聚合物与质粒pCX-EGFP复合后的琼脂糖凝胶阻滞实验

3.5.4 聚合物与pCX-EGFP质粒复合后体外Hela细胞转染与细胞成像实验

3.6 本章小结

4 总结和展望

参考文献

附录

A.主要化合物的1H NMR谱图

B.学位论文数据集

致谢