G5. NH2-g-PLGA 电纺纳米纤维垫的制备及其在支架介导的基因转染中的应用

DOI: 10.1021/acsabm.9b00848

目前，将生物材料支架与基因载体结合用于基因治疗对于组织工程而言是有望成功的。本文将层层（LBL）静电组装技术与树枝状大分子化学相结合，将胺基封端的第5代聚氨基丙胺（PAMAM）树枝状大分子（G5.NH₂）与可生物降解的聚乳酸-乙醇酸（PLGA）纳米纤维进行表面接枝，构建了基因传递平台。通过静电相互作用，将PLGA纳米纤维预涂上带正电荷的聚二甲基氯化铵和聚丙烯酸，然后通过1-乙基-3-[3-二甲基氨基丙基]碳二亚胺盐酸盐化学方法与G5.NH₂树状大分子共价交联。X射线光电子能谱证实了G5.NH₂树枝状大分子在PLGA纳米纤维上的成功接枝。扫描静电显微镜研究表明，接枝G5.NH₂树枝状大分子后，纳米纤维表面光滑、均匀的形貌没有明显变化，只是纤维直径略有增加，而高分辨率的原子力显微镜图像显示，接枝G5.NH₂树枝状大分子后，PLGA纳米纤维略微粗糙。此外，PLGA纳米纤维支架在接枝G5.NH₂树枝状大分子后，具有亲水性。生物学研究表明，所研制的G5.NH₂-GPLGA纳米纤维支架不仅能使NIH 3T3细胞的附着和增殖，而且还能够复合pDNA并传递pDNA /树状大分子复合物，用于原位固态基因转染。PLGA纳米纤维与树状大分子的功能化在组织工程、基因治疗和药物传递等领域有着广泛的应用。

图1.原始PLGA（A，a）、PLGA₁（B，b）、PLGA₂（C，c）、G5.NH₂-g-PLGA₁（D，d）和G5.NH₂-g-PLGA₂（E，e）纳米纤维的SEM图像和相应的直径分布。

图2. PLGA（a）、PLGA₁（b）、PLGA₂（c）、G5.NH₂-g-PLGA₁（d）和G5.NH₂-g-PLGA₂（e）纳米纤维的AIR-FTIR光谱（比例尺代表20 mm）。

图3.原始PLGA（a）、PLGA₁（b）、PLGA₂（c）、G5.NH₂-g-PLGA₁（d）和G5.NH₂-g-PLGA₂（e）纳米纤维的XPS光谱。

图4. PLGA（a）、PLGA₁（b）、PLGA₂（c）、G5.NH₂-g-PLGA₁（d）和G5.NH₂-g-PLGA₂（e）纳米纤维的C1 XPS光谱。

图5.不同修饰的PLGA纳米纤维垫的接触角。

图6.（a）pDNA校准曲线；（b）G5.NH₂-g-PLGA₁（1）和G5.NH₂-g-PLGA₂（2）的负载效率和负载能力随pDNA浓度的变化；（c）在G5.NH₂-g-PLGA₁纳米纤维垫（2）和G5.NH₂-g-PLGA₂纳米纤维毡（3）存在的情况下，无PLGA纳米纤维垫（1）的pDNA溶液（2 ug /well，2 mL）的紫外-可见光谱。

图7分别接种到PLGA、G5.NH₂-g-PLGA（PLGA₁和PLGA₂）和pDNA/ G5.NH₂-g-PLGA（PLGA₁和PLGA₂）纳米纤维垫上的NIH 3T3粘附力的CCK-8分析。 TCP用作对照。（*p<0.05，**p<0.01，***p<0.001）

图8.活细胞在TCP基质、PLGA、G5.NH₂-g-PLGA₁、pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₁、G5.NH₂-g-PLGA₂和pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₁纳米纤维支架上分别孵育1h、4h和8h的荧光图像。

图9.NIH 3T3在TCP基质、PLGA、G5.NH₂-g-PLGA₁、pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₁、G5.NH₂-g-PLGA₂和pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₁纳米纤维支架上分别培养1d、2d和4d后的细胞活力。（***p<0.001）

图10.用pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₁（A，C）和pDNA/G5.NH₂-g-PLGA₂（B，D）进行4h（A，B）和2d（C，D）的NIH 3T3培养物的SEM图像。（a）-（d）是相应的放大图像。

图11.用TCP基质（a）、原始PLGA（b）、G5.NH₂-g-PLGA₁（c）和G5.NH₂-g-PLGA₂（d）纳米纤维支架编码pEGFP转染的pDNA的荧光图像。

图12.用TCP基质（a）、原始PLGA（b）、G5.NH₂-g-PLGA₁（c）和G5.NH₂-g-PLGA₂（d）纳米纤维支架对编码pEGFP转染的pDNA的流式细胞仪测定。