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人工合成的含有胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸的脱氧寡核苷酸(CpGODN)可以模拟细菌DNA的免疫激活作用,被哺乳动物免疫系统视为“危险”信号而引发机体发生免疫应答。因此,CpGODN可以潜在的作为治疗性制剂和免疫佐剂,在抗感染治疗、过敏性疾病和癌症的辅助治疗中发挥重要作用。尽管CpGODN是很强烈的免疫激活剂,但是其生物活性通常是短暂的。同时,由于未经修饰的CpGODN易被核酸酶降解、细胞摄取率低、需要较高的给药剂量和反复给药,严重地限制了它进一步的应用。纳米技术的发展,为解决核酸药物的递送问题提供了新的工具,金纳米粒子作为一种易于合成及修饰、生物相容性好、几乎无毒性的纳米材料,有望递送CpGODN作为新型免疫治疗制剂应用于相关疾病的预防和治疗中。本论文以增强CpGODN活性为目的,首次成功构建了以金纳米粒子为载体的CpGODN递送系统,展示了简单、低成本的CpG-金纳米粒子复合制剂的合成方法,同时研究了其生物学效应及相关机制。主要研究内容和结果如下:
(1)基于巯基自组装CpG-金纳米粒子复合物的制备、表征及生物学效应研究。
本论文利用柠檬酸三钠还原法制备了15nm和30nm的金纳米粒子,将巯基修饰的CpGODN通过加盐、老化等自组装方式以Au-S化学键连接到金纳米粒子表面。原子力显微镜(AFM)、动态光散射(DLS)及透射电子显微镜(TEM)对合成的材料表征证实,金纳米粒子粒径均一,分散性很好,且CpGODN成功地组装到金纳米粒子表面;通过激光共聚焦显微镜观察荧光标记的CpG-金纳米粒子复合物的摄取情况发现,该复合物4个小时即可被细胞大量摄取;ELISA分析细胞因子分泌水平显示,15nm的金纳米粒子组装CpGODN后免疫活性最好,显著地提高了CpGODN的免疫激活效果,且优于商品化的阳离子脂质体。免疫活性可通过设计调节金纳米粒子表面CpGODN的变化进一步提高。同时研究发现,CpG-金纳米粒子通过受体TLR-9依赖的途径活化NF-κB、引发相关细胞因子分泌,并且没有与其它TLR信号(如TLR-4)发生交叉反应。金纳米粒子载体本身没有免疫原性,并且具有很好的生物相容性,是一种向细胞内运载CpG基序并产生相应免疫反应的高效纳米载体。
(2)基于双嵌段自组装CpG-金纳米粒子复合物的制备、表征及体内外生物学效应研究。
由于巯基修饰的DNA合成成本较高,易发生非特异性吸附且在金纳米粒子表面易呈现倒伏状态,所以在一定程度上会影响其生物学效应。为进一步降低成本、提高CpG-金纳米粒子的生物学活性,在实验室已有研究的基础上,我们设计了一种无须修饰的双嵌段CpGDNA探针,双嵌段中的CpG序列部分用于识别,而多聚A(polyA)嵌段起到锚定在金表面的作用。金纳米粒子表面CpGODN的密度可以通过改变多聚A的长度进行调节,每个金纳米粒子表面组装CpGODN数量为巯基-SH>polyA5>polyA15。通过激光共聚焦显微镜、流式细胞仪及细胞TEM研究显示,CpG-polyA-金纳米粒子可成功地进入细胞,并且没有产生细胞毒性。ELISA研究其体外免疫活性显示,金纳米粒子表面CpGODN的组装密度与免疫活性成反比,CpG-polyA-金纳米粒子的免疫活性较巯基修饰的CpG-SH-金纳米粒子有所提高。并且在较低浓度下(小于10nM),各CpG-金纳米粒子复合物的免疫活性远远高于硫代修饰的CpGODN。同时,CpG-金纳米粒子复合物在小鼠体内也具有一定免疫活性,但具体注射剂量还需优化。
总之,本课题通过两种方式将CpGODN修饰到金纳米粒子表面,并进一步考察其生物学活性,证明了CpG-金纳米粒子复合物是一种无毒高效的免疫激活纳米制剂。