第 397 期

研究發展
單一單體合成具轉染核酸基因治療功能的「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物載體」
NHRI researchers synthesize single-monomer derived linear-like PEI-co-PEG for siRNA delivery and silencing



由本院奈米醫學中心林淑宜助研究員主導，與中央研究院物理研究所和國家同步輻射研究中心胡宇光研究員之研究團隊共同合作，發現以同步輻射光可直接合成「乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」，並且具有保護及載送siRNA的功能，此項發明可應用在轉染核酸基因治療的領域。此研究成果已於今年發表在國際期刊Biomaterials 2011;32:3647-3657（影響指數 = 7.365）。

近年來聚乙烯亞胺（polyethylenimine, PEI）被認為是一個新興且具發展潛力的siRNA載體。聚乙烯亞胺是陽離子聚合物，主鏈上每3個原子就有一個可被質子化的氮原子，因此容易和負電性的核酸（例如小干擾核醣核酸：siRNA）形成陽離子複合物，達到保護siRNA避免酶的降解，並進而達到有效遞送的目的。再者，此複合物能遵循核內體脫離（endosome escape）機制，導致siRNA進入細胞質中與細胞質中的蛋白質形成RISC（RNA-induced silencing complex）複合體來阻斷致病蛋白質的製造以達到治療疾病的目的，如圖一。聚乙烯亞胺的結構可簡單地區分為樹枝狀及線型兩種，雖然目前文獻中宣稱：「樹枝狀聚乙烯亞胺」的轉染效率（transfection efficiency）優於「線性聚乙烯亞胺」，同樣地樹枝狀聚乙烯亞胺也表現較高的細胞毒性；相反地，「線型聚乙烯亞胺」雖然有較低的生物毒性，卻面臨到轉染後siRNA釋放率過低的問題，為了克服「線型聚乙烯亞胺」的低轉染效率，林淑宜助研究員及其研究團隊開發其延伸性的新產品，利用單一單體合成具傳遞核酸基因治療的載體：「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」，這個新材料的結構中，將具有抗蛋白質沾黏的聚乙烯醇，嵌入線性聚乙烯亞胺形成一個共聚合物。製作方式是利用能量高於太陽光的輻射光源在沒有催化劑、起始劑和有機溶劑的情況下，讓乙醇胺（單體）產生胺基與醚基的兩種自由基，並進行共聚合成「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」。

從毒性測試結果發現，「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」的毒性表現遠低於「線型聚乙烯亞胺」。推測造成兩者的毒性差異的原因是來自於「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」的主鏈上嵌入「聚乙烯醇」的片段，降低了線型聚乙烯亞胺的過多正電荷，間接地降低了對細胞的傷害性，發現「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」與siRNA所形成複合體具有較鬆散的特性，可能是「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」具有較低的正電荷而減低與siRNA的偶合力，雖然降低了兩者間的作用力，但卻因為聚乙烯醇有抗蛋白質沾黏的功能，反而強化siRNA不易被水解酶降解的特性，因此能有效地利用轉染siRNA。除了在細胞層次驗證「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」的轉染效率外，並且進一步地將這個複合體用在老鼠的腫瘤模式中，也成功抑制腫瘤的成長，如圖二。

綜合上述實驗的設計及結果，歸納這項新發明的特色及技術的優勢是：利用同步輻射光在短短的5分鐘內照射後即可獲得「線型乙烯亞胺-乙烯醇共聚物」，使用前不需要純化，除了兼具環保、大量生產及低成本等優勢外，也具低細胞毒性和高轉染效率兩項特性，是一種極具市場商業價值之新穎材料。

《文/圖：奈米醫學研究中心蔡林仁博士後研究員、林淑宜助研究員》