SIOC English
化学学报
高级检索

化学学报 >

2023 , Vol. 81 >Issue 10: 1438 - 1446

DOI: https://doi.org/10.6023/A23050246

综述

器官靶向的聚合物核酸载体研究进展★

  • 溥旭 ,
  • 李泽娟 ,
  • 石隽秋 ,
  • 朱云卿 ,
  • 杜建忠
展开
  • 同济大学 材料科学与工程学院高分子材料系 上海 201804

溥旭, 同济大学材料科学与工程学院高分子材料系2021级硕士研究生, 研究方向为基于可降解阳离子聚合物的淋巴结靶向核酸递送载体.

李泽娟, 同济大学材料科学与工程学院高分子材料系2022级硕士研究生, 研究方向为基于可降解阳离子聚合物的骨靶向核酸递送载体.

石隽秋, 同济大学材料科学与工程学院高分子材料系2020级博士研究生, 研究方向为非侵入性可降解核酸递送系统的构建与研究.

朱云卿, 2016 年在英国帝国理工大学获得博士学位. 2017~2019年分别在英国牛津大学和帝国理工大学从事博士后研究工作, 2019年6月入职同济大学. 同济大学青年百人计划研究员, 博士生导师. 主要从事环境友好高分子材料研究, 主持了国家自然科学基金青年科学基金、面上项目等. 以第一/通讯作者在Nature, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等期刊发表SCI论文30多篇, 包括2篇ESI热点论文.

杜建忠, 中国科学院化学研究所博士(2004年), 谢菲尔德大学、剑桥大学博士后(2004~2010年), 洪堡学者(2006年), 东方学者(2009年). 同济大学长聘特聘教授、学术委员会委员、高分子材料系主任、博士生导师. 英国皇家化学会会士、中国化学会高分子学科委员会委员、中国生物材料学会生物医用高分子材料分会委员、Biomacromolecules等期刊顾问编委. 主要研究领域为高分子化学与物理、生物医用材料, 已在J. Am. Chem. Soc.等期刊发表150多篇论文, 获国家杰出青年科学基金(2019年)、国家科技进步奖二等奖(3/15)、中国侨界贡献奖一等奖、同济大学首届“卓越”研究生导学团队标兵、同济大学“十三五”科研工作先进个人、2023年同济大学青年五四奖章(集体)等.

★庆祝《化学学报》创刊90周年.

收稿日期: 2023-05-24

  网络出版日期: 2023-07-07

基金资助

国家杰出青年科学基金(21925505); 上海市科委国际合作项目(21520710100); 上海市教委科研创新计划重大项目(2023ZKZD28); 国家自然科学基金(51903190); 国家自然科学基金(22175131)

收起

Recent Advances in Organ-Targeting Polymeric Delivery Vectors for Nucleic Acids★

  • Xu Pu ,
  • Zejuan Li ,
  • Junqiu Shi ,
  • Yunqing Zhu ,
  • Jianzhong Du
Expand
  • Department of Polymeric Materials, School of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 201804
★Dedicated to the 90th anniversary of Acta Chimica Sinica.
*E-mail: ;
; Tel.: 021-69580239

Received date: 2023-05-24

  Online published: 2023-07-07

Supported by

National Science Fund for Distinguished Young Scholars, NSFC(21925505); Shanghai International Scientific Collaboration Fund(21520710100); Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission(2023ZKZD28); National Natural Science Foundation of China(51903190); National Natural Science Foundation of China(22175131)

Fold

摘要

核酸药物治疗在近年来得到了蓬勃发展, 其有效治疗与核酸的安全、高效递送息息相关. 一方面, 核酸自身难以进入细胞表达, 另一方面, 与其他药物不同, 一些核酸药物需要在特定器官/细胞上表达才能发挥疗效. 因此其递送载体就显得尤为重要: 它们既要保护核酸并实现高效转染, 又要能够靶向特定部位以增加核酸在靶细胞的表达几率. 鉴于聚合物载体是一类重要的核酸递送载体, 因此在该综述中, 主要总结聚合物核酸载体的研究进展, 主要包括如何实现从给药部位到靶向部位的聚集、器官靶向核酸载体的研究现状, 最后对聚合物核酸载体的器官靶向进行了展望.

关键词： 器官靶向; 聚合物核酸载体; 自组装

本文引用格式

溥旭 , 李泽娟 , 石隽秋 , 朱云卿 , 杜建忠 . 器官靶向的聚合物核酸载体研究进展★[J]. 化学学报, 2023 , 81(10) : 1438 -1446 . DOI: 10.6023/A23050246

Abstract

Nucleic acids-based therapy has been developed rapidly in recent years and the effective treatment is closely related to the safe and efficient delivery of nucleic acids. On the one hand, it is difficult for nucleic acids to penetrate cell membranes and express. On the other hand, unlike other drugs, some genetic therapeutics work at the condition of expressing in specific organ or cells. Therefore, delivery vectors are particularly important: they are expected to protect nucleic acids and achieve efficient transfection. Besides, they should be able to target specific sites to increase the probability of nucleic acid expression in target cells. Given the importance of polymer nucleic acid vectors, in this review, the research progress of polymeric delivery systems is summarized, including how to achieve aggregation from the administration site to the target site, and the state of the art of organ-targeting polymer nucleic acid vectors. Finally, the perspective of organ-targeting polymeric nucleic acid vectors is given.

Key words： organ targeting; polymeric delivery vectors for nucleic acids; self-assembly

参考文献

[1]
van den Berg, A. I. S.; Yun, C. O.; Schiffelers, R. M.; Hennink, W. E. J. Controlled Release 2021, 331, 121.
[2]
Kulkarni, J. A.; Witzigmann, D.; Thomson, S. B.; Chen, S.; Leavitt, B. R.; Cullis, P. R.; van der Meel, R. Nat. Nanotechnol. 2021, 16, 630.
[3]
Guo, Z. P.; Lin, L.; Chen, J.; Tian, H. Y.; Chen, X. S. Chem. J. Chinese U. 2020, 41, 235 (in Chinese).
[3]
(郭兆培, 林琳, 陈杰, 田华雨, 陈学思, 高等学校化学学报, 2020, 41, 235.)
[4]
Kis, Z.; Kontoravdi, C.; Dey, A. K.; Shattock, R.; Shah, N. J. Adv. Manuf. Process. 2020, 2, e10060.
[5]
Weng, Y. H.; Li, C. H.; Yang, T. R.; Hu, B.; Zhang, M. J.; Guo, S.; Xiao, H. H.; Liang, X. J.; Huang, Y. Y. Biotechnol. Adv. 2020, 40, 107534.
[6]
Hajj, K. A.; Whitehead, K. A. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 17056.
[7]
Kowalski, P. S.; Rudra, A.; Miao, L.; Anderson, D. G. Mol. Ther. 2019, 27, 710.
[8]
Meyer, R. A.; Neshat, S. Y.; Green, J. J.; Santos, J. L.; Tuesca, A. D. Mater. Today Adv. 2022, 14, 100240.
[9]
Servick, K. Science 2020, 370, 1388.
[10]
Blakney, A. K.; Zhu, Y.; McKay, P. F.; Bouton, C. R.; Yeow, J.; Tang, J.; Hu, K.; Samnuan, K.; Grigsby, C. L.; Shattock, R. J.; Stevens, M. M. ACS Nano 2020, 14, 5711.
[11]
Han, X.; Zhang, L. W.; Zhang, Q.; Sui, X. H.; Qian, M.; Chen, Q. X.; Wang, J. Y. Acta Chim. Sinica 2021, 79, 794 (in Chinese).
[11]
(韩旭, 张留伟, 张强, 睢晞航, 钱明, 陈麒先, 王静云, 化学学报, 2021, 79, 794.)
[12]
Wang, H.; Chang, H.; Zhang, Q.; Cheng, Y. Top. Curr. Chem. 2017, 375, 62.
[13]
Kumar, R.; Santa Chalarca, C. F.; Bockman, M. R.; Van Bruggen, C.; Grimme, C. J.; Dalal, R. J.; Hanson, M. G.; Hexum, J. K.; Reineke, T. M. Chem. Rev. 2021, 121, 11527.
[14]
Mendes, B. B.; Conniot, J.; Avital, A.; Yao, D.; Jiang, X.; Zhou, X.; Sharf-Pauker, N.; Xiao, Y.; Adir, O.; Liang, H.; Shi, J.; Schroeder, A.; Conde, J. Nat. Rev. Methods Primers 2022, 2, 24.
[15]
Bus, T.; Traeger, A.; Schubert, U. S. J. Mater. Chem. B 2018, 6, 6904.
[16]
Pei, H.; Deng, H. Z.; Zhou, Y. F.; Chen, X. Y. Matter 2022, 5, 1670.
[17]
Park, T. G.; Jeong, J. H.; Kim, S. W. Adv. Drug Del. Rev. 2006, 58, 467.
[18]
Breunig, M.; Lungwitz, U.; Liebl, R.; Goepferich, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2007, 104, 14454.
[19]
Li, M.; Li, Y.; Peng, K.; Wang, Y.; Gong, T.; Zhang, Z. R.; He, Q.; Sun, X. Acta Biomater. 2017, 64, 237.
[20]
Green, J. J.; Langer, R.; Anderson, D. G. Acc. Chem. Res. 2008, 41, 749.
[21]
Chaudhary, N.; Weissman, D.; Whitehead, K. A. Nat. Rev. Drug Discovery 2021, 20, 817.
[22]
Kheraldine, H.; Rachid, O.; Habib, A. M.; Al Moustafa, A.-E.; Benter, I. F.; Akhtar, S. Adv. Drug Del. Rev. 2021, 178, 113908.
[23]
Laechelt, U.; Wagner, E. Chem. Rev. 2015, 115, 11043.
[24]
Cedervall, T.; Lynch, I.; Foy, M.; Berggard, T.; Donnelly, S. C.; Cagney, G.; Linse, S.; Dawson, K. A. Angew. Chem., Int. Ed. 2007, 46, 5754.
[25]
Lima, T.; Bernfur, K.; Vilanova, M.; Cedervall, T. Sci. Rep. 2020, 10, 1129.
[26]
Francia, V.; Schiffelers, R. M.; Cullis, P. R.; Witzigmann, D. Bioconjugate Chem. 2020, 31, 2046.
[27]
Mohammad-Beigi, H.; Hayashi, Y.; Zeuthen, C. M.; Eskandari, H.; Scavenius, C.; Juul-Madsen, K.; Vorup-Jensen, T.; Enghild, J. J.; Sutherland, D. S. Nat. Commun. 2020, 11, 4535.
[28]
Owens, D. E.,3rd; Peppas, N. A. Int. J. Pharm. 2006, 307, 93.
[29]
Akinc, A.; Querbes, W.; De, S.; Qin, J.; Frank-Kamenetsky, M.; Jayaprakash, K. N.; Jayaraman, M.; Rajeev, K. G.; Cantley, W. L.; Dorkin, J. R.; Butler, J. S.; Qin, L.; Racie, T.; Sprague, A.; Fava, E.; Zeigerer, A.; Hope, M. J.; Zerial, M.; Sah, D. W. Y.; Fitzgerald, K.; Tracy, M. A.; Manoharan, M.; Koteliansky, V.; de Fougerolles, A.; Maier, M. A. Mol. Ther. 2010, 18, 1357.
[30]
Dilliard, S. A.; Cheng, Q.; Siegwart, D. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2021, 118, e2109256118.
[31]
Song, T.; Xia, Y.; Du, Y.; Chen, M. W.; Qing, H.; Ma, G. Adv. Mater. 2021, 33, 2100106.
[32]
Cao, Y.; He, Z.; Chen, Q.; He, X.; Su, L.; Yu, W.; Zhang, M.; Yang, H.; Huang, X.; Li, J. Nano Lett. 2022, 22, 6580.
[33]
Blanco, E.; Shen, H.; Ferrari, M. Nat. Biotechnol. 2015, 33, 941.
[34]
Fang, C.; Shi, B.; Pei, Y. Y.; Hong, M. H.; Wu, J.; Chen, H. Z. Eur. J. Pharm. Sci. 2006, 27, 27.
[35]
Vegh, P.; Fletcher, J.; Dixon, D.; Haniffa, M., In Encyclopedia of Life Sciences, John Wiley and Sons, Hoboken, 2017, pp. 1-8.
[36]
Besin, G.; Milton, J.; Sabnis, S.; Howell, R.; Mihai, C.; Burke, K.; Benenato, K. E.; Stanton, M.; Smith, P.; Senn, J.; Hoge, S. ImmunoHorizons 2019, 3, 282.
[37]
Choi, H. S.; Liu, W.; Misra, P.; Tanaka, E.; Zimmer, J. P.; Ipe, B. I.; Bawendi, M. G.; Frangioni, J. V. Nat. Biotechnol. 2007, 25, 1165.
[38]
Poon, W.; Zhang, Y. N.; Ouyang, B.; Kingston, B. R.; Wu, J. L. Y.; Wilhelm, S.; Chan, W. C. W. ACS Nano 2019, 13, 5785.
[39]
Mitchell, M. J.; Billingsley, M. M.; Haley, R. M.; Wechsler, M. E.; Peppas, N. A.; Langer, R. Nat. Rev. Drug Discovery 2021, 20, 101.
[40]
Dilliard, S. A.; Siegwart, D. J. Nat. Rev. Mater. 2023, 8, 282.
[41]
Poisson, J.; Lemoinne, S.; Boulanger, C.; Durand, F.; Moreau, R.; Valla, D.; Rautou, P.-E. J. Hepatol. 2017, 66, 212.
[42]
Sato, Y.; Hatakeyama, H.; Hyodo, M.; Harashima, H. Mol. Ther. 2016, 24, 788.
[43]
Schudel, A.; Francis, D. M.; Thomas, S. N. Nat. Rev. Mater. 2019, 4, 415.
[44]
Trevaskis, N. L.; Kaminskas, L. M.; Porter, C. J. H. Nat. Rev. Drug Discovery 2015, 14, 781.
[45]
Hassett, K. J.; Higgins, J.; Woods, A.; Levy, B.; Xia, Y.; Hsiao, C. J.; Acosta, E.; Almarsson, O.; Moore, M. J.; Brito, L. A. J. Controlled Release 2021, 335, 237.
[46]
Kranz, L. M.; Diken, M.; Haas, H.; Kreiter, S.; Loquai, C.; Reuter, K. C.; Meng, M.; Fritz, D.; Vascotto, F.; Hefesha, H.; Grunwitz, C.; Vormehr, M.; Husemann, Y.; Selmi, A.; Kuhn, A. N.; Buck, J.; Derhovanessian, E.; Rae, R.; Attig, S.; Diekmann, J.; Jabulowsky, R. A.; Heesch, S.; Hassel, J.; Langguth, P.; Grabbe, S.; Huber, C.; Tureci, O.; Sahin, U. Nature 2016, 534, 396.
[47]
Zhao, J. Y.; Song, W. T.; Tang, Z. H.; Chen, X. S. Acta Chim. Sinica 2022, 80, 563 (in Chinese).
[47]
(赵佳雨, 宋万通, 汤朝晖, 陈学思, 化学学报, 2022, 80, 563.)
[48]
Li, X.; Guo, X.; Hu, M.; Cai, R.; Chen, C. J. Mater. Chem. B 2023, 11, 2063.
[49]
Mi, P.; Cabral, H.; Kataoka, K. Adv. Mater. 2020, 32, 1902604.
[50]
Li, J. J.; Kataoka, K. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 538.
[51]
Fornaguera, C.; Guerra-Rebollo, M.; Angel Lazaro, M.; Castells- Sala, C.; Meca-Cortes, O.; Ramos-Perez, V.; Cascante, A.; Rubio, N.; Blanco, J.; Borros, S. Adv. Healthcare Mater. 2018, 7, 1800335.
[52]
Kaczmarek, J. C.; Patel, A. K.; Kauffman, K. J.; Fenton, O. S.; Webber, M. J.; Heartlein, M. W.; DeRosa, F.; Anderson, D. G. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 13808.
[53]
Ke, X.; Shelton, L.; Hu, Y.; Zhu, Y.; Chow, E.; Tang, H.; Santos, J. L.; Mao, H. Q. ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 35835.
[54]
Patel, A. K.; Kaczmarek, J. C.; Bose, S.; Kauffman, K. J.; Mir, F.; Heartlein, M. W.; DeRosa, F.; Langer, R.; Anderson, D. G. Adv. Mater. 2019, 31, 1805116.
[55]
Gilleron, J.; Querbes, W.; Zeigerer, A.; Borodovsky, A.; Marsico, G.; Schubert, U.; Manygoats, K.; Seifert, S.; Andree, C.; Stoter, M.; Epstein-Barash, H.; Zhang, L. G.; Koteliansky, V.; Fitzgerald, K.; Fava, E.; Bickle, M.; Kalaidzidis, Y.; Akinc, A.; Maier, M.; Zerial, M. Nat. Biotechnol. 2013, 31, 638.
[56]
Nicoli, E.; Syga, M. I.; Bosetti, M.; Shastri, V. P. PLoS One 2015, 10, e0122581.
[57]
Kermaniyan, S. S.; Chen, M.; Zhang, C.; Smith, S. A.; Johnston, A. P. R.; Such, C.; Such, G. K. Macromol. Biosci. 2022, 22, 2100445.
[58]
Trefts, E.; Gannon, M.; Wasserman, D. H. Curr. Biol. 2017, 27, R1147.
[59]
Rohner, E.; Yang, R.; Foo, K. S.; Goedel, A.; Chien, K. R. Nat. Biotechnol. 2022, 40, 1586.
[60]
Kristen, A. V.; Ajroud-Driss, S.; Conceicao, I.; Gorevic, P.; Kyriakides, T.; Obici, L. Neurodegener. Dis. Manag. 2019, 9, 5.
[61]
Lam, J. K.-W.; Liang, W.; Chan, H.-K. Adv. Drug Del. Rev. 2012, 64, 1.
[62]
Miao, L.; Zhang, Y.; Huang, L. Mol. Cancer 2021, 20, 41.
[63]
Densmore, C. L.; Orson, F. M.; Xu, B.; Kinsey, B. M.; Waldrep, J. C.; Hua, P.; Bhogal, B.; Knight, V. Mol. Ther. 2000, 1, 180.
[64]
Rudolph, C.; Lausier, J.; Naundorf, S.; Muller, R. H.; Rosenecker, J. J. Gene Med. 2000, 2, 269.
[65]
Suk, J. S.; Kim, A. J.; Trehan, K.; Schneider, C. S.; Cebotaru, L.; Woodward, O. M.; Boylan, N. J.; Boyle, M. P.; Lai, S. K.; Guggino, W. B.; Hanes, J. J. Controlled Release 2014, 178, 8.
[66]
Mastorakos, P.; da Silva, A. L.; Chisholm, J.; Song, E.; Choi, W. K.; Boyle, M. P.; Morales, M. M.; Hanes, J.; Suk, J. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 8720.
[67]
Elfinger, M.; Maucksch, C.; Rudolph, C. Biomaterials 2007, 28, 3448.
[68]
Rosenblum, D.; Joshi, N.; Tao, W.; Karp, J. M.; Peer, D. Nat. Commun. 2018, 9, 1410.
[69]
Chen, Y.; De Koker, S.; De Geest, B. G. Acc. Chem. Res. 2020, 53, 2055.
[70]
Jiang, Y. H.; Lu, Q.; Wang, Y. H.; Xu, E.; Ho, A.; Singh, P.; Wang, Y. F.; Jiang, Z. Z.; Yang, F.; Tietjen, G. T.; Cresswell, P.; Saltzman, W. M. Nano Lett. 2020, 20, 1117.
[71]
Grun, M. K.; Suberi, A.; Shin, K.; Lee, T.; Gomerdinger, V.; Moscato, Z. M.; Piotrowski-Daspit, A. S.; Saltzman, W. M. Biomaterials 2021, 272, 120780.
[72]
Huang, P.; Jiang, L. S.; Pan, H.; Ding, L. W.; Zhou, B.; Zhao, M. Y.; Zou, J. H.; Li, B. H.; Qi, M. W.; Deng, H. Z.; Zhou, Y. F.; Chen, X. Y. Adv. Mater. 2023, 35, 2207471.
[73]
Liu, S.; Wang, X.; Yu, X. L.; Cheng, Q.; Johnson, L. T.; Chatterjee, S.; Zhang, D.; Lee, S. M.; Sun, Y. H.; Lin, T. C.; Liu, J. L.; Siegwart, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 21321.
[74]
Liu, S.; Cheng, Q.; Wei, T.; Yu, X. L.; Johnson, L. T.; Farbiak, L.; Siegwart, D. J. Nat. Mater. 2021, 20, 701.
[75]
Yang, R.; Deng, Y.; Huang, B.; Huang, L.; Lin, A.; Li, Y.; Wang, W.; Liu, J.; Lu, S.; Zhan, Z.; Wang, Y.; Ruhan, A.; Wang, W.; Niu, P.; Zhao, L.; Li, S.; Ma, X.; Zhang, L.; Zhang, Y.; Yao, W.; Liang, X.; Zhao, J.; Liu, Z.; Peng, X.; Li, H.; Tan, W. Signal Transduction Targeted Ther. 2021, 6, 213.
[76]
Segovia, N.; Dosta, P.; Cascante, A.; Ramos, V.; Borros, S. Acta Biomater. 2014, 10, 2147.
[77]
Smith, T. T.; Stephan, S. B.; Moffett, H. F.; McKnight, L. E.; Ji, W. H.; Reiman, D.; Bonagofski, E.; Wohlfahrt, M. E.; Pillai, S. P. S.; Stephan, M. T. Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 813.
[78]
Parayath, N. N.; Stephan, S. B.; Koehne, A. L.; Nelson, P. S.; Stephan, M. T. Nat. Commun. 2020, 11, 6080.
[79]
Kim, H. J.; Seo, S. K.; Park, H. Y. J. Controlled Release 2022, 345, 405.
Options
文章导航

/

〈 〉