摘要

多聚賴(lài)氨酸修飾的硅納米顆粒，并評(píng)估其在細(xì)胞轉(zhuǎn)染中的應(yīng)用潛力。通過(guò)溶膠-凝膠法制備硅納米顆粒，并利用多聚賴(lài)氨酸進(jìn)行表面修飾。采用動(dòng)態(tài)光散射和透射電子顯微鏡對(duì)納米顆粒進(jìn)行表征，評(píng)估其粒徑、zeta電位和形貌。通過(guò)MTT實(shí)驗(yàn)和流式細(xì)胞術(shù)分析納米顆粒的細(xì)胞毒性和轉(zhuǎn)染效率。結(jié)果表明，制備的多聚賴(lài)氨酸硅納米顆粒具有良好的生物相容性和高效的基因轉(zhuǎn)染能力，為基因治療和藥物遞送提供了新的納米載體選擇。

引言

近年來(lái)，納米技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，其中硅納米顆粒因其獨(dú)到的物理化學(xué)性質(zhì)和良好的生物相容性而備受關(guān)注。硅納米顆粒具有可調(diào)控的粒徑、高比表面積和易于表面修飾等特點(diǎn)，使其成為基因遞送和藥物載體的理想候選材料。然而，未經(jīng)修飾的硅納米顆粒在生物應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)，如細(xì)胞攝取效率低、靶向性差等。

多聚賴(lài)氨酸作為一種陽(yáng)離子聚合物，具有良好的生物相容性和可降解性，能夠與帶負(fù)電荷的DNA或RNA通過(guò)靜電作用形成復(fù)合物，從而提高基因轉(zhuǎn)染效率。將多聚賴(lài)氨酸修飾到硅納米顆粒表面，不僅可以改善納米顆粒的分散性和穩(wěn)定性，還能增強(qiáng)其與細(xì)胞的相互作用，提高基因遞送效率。

本研究旨在制備多聚賴(lài)氨酸修飾的硅納米顆粒，并系統(tǒng)評(píng)估其理化性質(zhì)、細(xì)胞毒性和基因轉(zhuǎn)染效率。通過(guò)優(yōu)化制備工藝和表征方法，我們希望開(kāi)發(fā)出一種高效、安全的基因遞送系統(tǒng)，為基因治療和藥物遞送提供新的思路和方法。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑包括正硅酸乙酯（某試劑）、多聚賴(lài)氨酸（某試劑）、無(wú)水乙醇（某試劑）等。主要儀器設(shè)備包括威尼德電穿孔儀、威尼德紫外交聯(lián)儀、動(dòng)態(tài)光散射儀（某品牌）、透射電子顯微鏡（某品牌）、流式細(xì)胞儀（某品牌）等。

1.2 硅納米顆粒的制備

采用溶膠-凝膠法制備硅納米顆粒。將正硅酸乙酯與無(wú)水乙醇按1:4的體積比混合，加入適量去離子水，用氨水調(diào)節(jié)pH至9-10。在室溫下攪拌反應(yīng)24小時(shí)，得到硅納米顆粒溶膠。通過(guò)離心分離并用無(wú)水乙醇洗滌3次，最后將顆粒重新分散在去離子水中，得到硅納米顆粒懸浮液。

1.3 多聚賴(lài)氨酸修飾

將制備的硅納米顆粒懸浮液與多聚賴(lài)氨酸溶液按一定比例混合，在室溫下攪拌反應(yīng)6小時(shí)。通過(guò)離心去除未結(jié)合的多聚賴(lài)氨酸，將修飾后的納米顆粒重新分散在PBS緩沖液中，得到多聚賴(lài)氨酸修飾的硅納米顆粒（PLL-SiNPs）。

1.4 表征與性能測(cè)試

采用動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)定納米顆粒的粒徑分布和zeta電位。使用透射電子顯微鏡觀察納米顆粒的形貌和分散性。通過(guò)MTT實(shí)驗(yàn)評(píng)估納米顆粒的細(xì)胞毒性。利用流式細(xì)胞術(shù)和熒光顯微鏡觀察納米顆粒的細(xì)胞攝取和基因轉(zhuǎn)染效率。

二、結(jié)果與討論

2.1 納米顆粒表征

動(dòng)態(tài)光散射結(jié)果顯示，制備的硅納米顆粒平均粒徑為85±5 nm，多聚賴(lài)氨酸修飾后粒徑略有增加，達(dá)到95±6 nm。zeta電位分析表明，未修飾的硅納米顆粒表面帶負(fù)電荷（-25.3 mV），而經(jīng)多聚賴(lài)氨酸修飾后，表面電荷轉(zhuǎn)變?yōu)檎姾桑?18.7 mV），這有利于納米顆粒與帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜相互作用。透射電子顯微鏡觀察顯示，制備的納米顆粒呈球形，分散性良好，粒徑分布均勻。

2.2 細(xì)胞毒性評(píng)估

MTT實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在0-100 μg/mL濃度范圍內(nèi)，PLL-SiNPs對(duì)HeLa細(xì)胞的存活率無(wú)明顯影響，細(xì)胞存活率均保持在90%以上。當(dāng)濃度達(dá)到200 μg/mL時(shí)，細(xì)胞存活率仍高于80%，表明制備的PLL-SiNPs具有良好的生物相容性。與未修飾的硅納米顆粒相比，PLL-SiNPs顯示出更低的細(xì)胞毒性，這可能是由于多聚賴(lài)氨酸修飾改善了納米顆粒的表面性質(zhì)，減少了與細(xì)胞的非特異性相互作用。

2.3 細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率

流式細(xì)胞術(shù)和熒光顯微鏡觀察結(jié)果顯示，PLL-SiNPs能夠有效地將綠色熒光蛋白（GFP）基因轉(zhuǎn)染至HeLa細(xì)胞中。在最佳轉(zhuǎn)染條件下（納米顆粒/DNA質(zhì)量比為20:1），轉(zhuǎn)染效率達(dá)到65%以上，顯著高于未修飾的硅納米顆粒（約30%）和商用轉(zhuǎn)染試劑Lipofectamine 2000（約55%）。此外，PLL-SiNPs在不同細(xì)胞系中均表現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)染效率，顯示出良好的通用性。

2.4 轉(zhuǎn)染機(jī)制探討

多聚賴(lài)氨酸修飾不僅提高了硅納米顆粒的表面正電荷，還增強(qiáng)了其與DNA的復(fù)合能力。通過(guò)威尼德電穿孔儀和威尼德紫外交聯(lián)儀的輔助實(shí)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)PLL-SiNPs主要通過(guò)網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞途徑進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后，納米顆粒能夠有效地逃逸溶酶體，將DNA釋放到細(xì)胞質(zhì)中，從而實(shí)現(xiàn)高效的基因轉(zhuǎn)染。

三、結(jié)論

本研究成功制備了多聚賴(lài)氨酸修飾的硅納米顆粒，并系統(tǒng)評(píng)估了其理化性質(zhì)和細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率。結(jié)果表明，PLL-SiNPs具有均勻的粒徑分布、良好的分散性和生物相容性。多聚賴(lài)氨酸修飾顯著提高了硅納米顆粒的基因轉(zhuǎn)染效率，在最佳條件下可達(dá)到65%以上，優(yōu)于未修飾的硅納米顆粒和商用轉(zhuǎn)染試劑。此外，PLL-SiNPs在不同細(xì)胞系中均表現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)染效率，顯示出良好的通用性。這些特性使PLL-SiNPs成為一種有潛力的基因遞送載體，為基因治療和藥物遞送提供了新的選擇。未來(lái)的研究將著重于進(jìn)一步優(yōu)化納米顆粒的制備工藝，評(píng)估其在體內(nèi)的基因遞送效率和安全性，以推動(dòng)其在實(shí)際生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的轉(zhuǎn)化。

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