《Science》子刊：用于靶向控释的共价键接siRNA水凝胶

来源：高分子科学前沿

小干扰RNA（siRNA）和microRNA可以在转录后沉默目标基因（致病基因），从而实现对多种疾病的治疗。但是这些RNA都是带负电的分子，难以单独穿过带负电的细胞膜到达细胞内部；此外，这些RNA容易被体内广泛分布的核糖核酸酶降解以及通过肾清除被排出体外，极大影响了治疗效果。传统的脂质体及聚合物载体可用来解决上述的问题，但是这些载体不具备靶向性，且注射剂量较高，容易造成RNA药物的提前释放，进一步造成严重的副反应。一些三维材料如水凝胶也可用作RNA药物的载体，但是通过物理包埋的载药方式容易造成RNA释放困难以及需要转染剂等问题。

近日，凯斯西储大学的Eben Alsberg教授和艾伯特爱因斯坦医学院的Mathew Levy教授合作在Science Advances上报道了名为“Covalently tethering siRNA to hydrogels for localized, controlled release and gene silencing”的工作。他们将siRNA通过具有响应性的共价键连接到右旋糖苷凝胶中，显著提高了siRNA的缓释性能，并且研究了不同断键方式对siRNA转染效果的影响。

作者首先通过迈克尔加成反应将siRNA共价键接到右旋糖苷凝胶前驱体上，光引发聚合后，siRNA被均匀包覆在凝胶中。当到达目标位置后，共价键可通过水解断裂，从而实现凝胶解体和siRNA的释放。该方法可以明显降低药物早期在非靶向部位的突释现象，将释放周期延长至10天。除了持续释药时间，所释放的siRNA是否具备生物活性是评价这类药物递送系统的又一重要因素。但可惜的是，通过上述凝胶系统释放出来的siRNA没有达到抑制目标蛋白GFP表达的效果。作者猜测，这可能因为释放的siRNA末端带有羧基，其负电性阻碍了siRNA被细胞的内吞过程。向释放的siRNA中加入商用转染剂后，其抑制目标蛋白表达的作用明显增强，证明上述猜想正确。

图1 通过迈克尔加成反应将siRNA键接到凝胶体系中；(A) siRNA键接到DEX-MAES和通过光交联形成凝胶以及通过水解作用释放siRNA的示意图；(C)凝胶渗透电泳证明siRNA-SH被成功键接到 DEX-MAES上；(D)非键接与共价键接的siRNA在DEX凝胶体系中的释放曲线

但是，完美的载药系统就是希望在实现精准递药的同时不引入转染剂，毕竟阳离子转染剂会带来一定的毒副作用。因此，作者对凝胶化学结构做出了一些改变，通过氧化还原敏感的二硫键将siRNA制备成一个可聚合的单体，在光交联过程中，与凝胶前驱体共聚合，从而被共价键接到凝胶体系中。到达目标位置后，通过对还原性物质的响应断开二硫键或酯键，释放的siRNA以硫醇或羟基为末端，不含有羧基。结果表明，以二硫键共价键接的siRNA凝胶不仅能实现药物的缓释，而且释放的siRNA在没有转染剂存在的情况下对目标蛋白的抑制效果长达10天。

图2 通过光聚合将siRNA键接到水凝胶体系中；(A) siRNA-MA的合成、(B)通过光聚合将siRNA-MA键接到DEX-MAES和通过酯键或二硫键断裂造成的siRNA从凝胶体系中释放的示意图；(C)通过凝胶渗透电泳证明光照后siRNA-MA被成功键接到DEX-MAES上

图3 从水凝胶中释放的siRNA及其生物活性；(A) siRNA从10% (w/w) DEX水凝胶中的释放曲线；(B)不加转染剂和 FBS的情况下，Hela细胞与不同实验组中释放的siRNA处理后的GFP蛋白的表达；(C)不同时间点下释放的siRNA的浓度；(D)相同siRNA浓度下释放的siGFP的生物活性，实验在含有0% FBS (“FBS-free”) 或者2.5% (v/v) FBS的DMEM-HG中进行

以上结果均说明作者提出的共价键接siRNA凝胶的方法为用于组织再生和疾病治疗的核酸的递送提供了新思路。

原文链接：

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaax0801