聚乙烯亚胺的合成和作用

简介

高分子药物载体是一类表面带有正电荷的生物材料，以化学偶联或物理吸附、包裹等方式将蛋白质、基因连接在材料表面或封装于材料内核中，并通过与细胞膜相互作用，将蛋白质或基因递送到细胞中。聚乙烯亚胺( polyethyleneimine，PEI) 是高分子药物载体中研究最为深入的一种材料，具有线性和枝化两种结构。PEI 表面含有大量的氨基，可以通过化学修饰，如: 乙酰化、羧化、羟基化和聚乙二醇( PEG) 、低聚糖、靶向修饰或荧光标记等，实现其功能的多样化[1]。

合成

图1 聚乙烯亚胺的合成路线[2]。

将PPA Cys CI（0.33 g，1 mmol）溶解在氯仿（30 mL）中。将溶液缓慢（约2小时）滴入1.8-kDa PEI（5.40 g，3 mmol，30.75 mmol伯胺基团，假设1.8-kD PEI的伯胺含量为总胺的25%）在氯仿（80 mL）中的溶液中。使用油浴（60°C）回流混合物24小时。减压蒸发除去氯仿得到标题化合物聚乙烯亚胺。合成路线如图1所示。

图2 聚乙烯亚胺的合成路线。

将20 g PEtOx（202 mmol PEtOx重复单位）溶于50 mL去离子水中。向反应混合物中加入100 mL 6 M HCl（600 mmol，约3当量）。将溶液加热至100°C 24小时。冷却溶液，然后使用150mL 12M氢氧化钾（1.8摩尔）将pH调节至12。用真空过滤收集固体沉淀物，用水洗涤并用乙醇重结晶得到标题化合物聚乙烯亚胺。合成路线如图2所示。

图3 聚乙烯亚胺的合成路线。

将三克聚（2-乙基-2-恶唑啉，Mw，50kDa）（POEZ）加入120毫升24%（重量/体积）HCl中。将反应混合物回流96小时。1小时内将POEZ完全溶解。将反应混合物回流过夜，形成白色沉淀。过滤沉淀物。风干沉淀物。对所得混合物进行质子化。将线性PEI溶于水中。用KOH水溶液中和线性PEI以沉淀聚合物。过滤分离白色粉末。用蒸馏水洗涤白色粉末，直到pH值变为中性。在真空下干燥白色粉末聚乙烯亚胺。合成路线如图3所示。

应用

PEI特有的多级胺结构能够有效压缩、封装蛋白或基因类药物。研究显示 PEI阳离子聚合物可以通过非共价键相互作用的方式将 DNA 链压缩成球状、环状或棒状结构，也可以将蛋白质吸附在表面，实现超高负载率。由于 PEI 优越的核酸或蛋白递送转染性能，在研究中常被作为转染效果评价的金标准[1]。

参考文献

[1] 刘艳红,李静,王娜,李坤,张骥,余孝其.聚乙烯亚胺负载基因和蛋白质共递送实验[J].实验室研究与探索,2022,41(09):45-49.DOI:10.19927/j.cnki.syyt.2022.09.010.

[2] Dhende, Vikram P.; et al. One-Step Photochemical Synthesis of Permanent, Nonleaching, Ultrathin Antimicrobial Coatings for Textiles and Plastics. ACS Applied Materials & Interfaces (2011), 3(8), 2830-2837.