《細胞核靶向的螢光氧化石墨烯用於基因傳遞與同步示蹤》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由韓光梅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：細胞核靶向的螢光氧化石墨烯用於基因傳遞與同步示蹤
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韓光梅
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基因轉染效率低和缺乏自發螢光示蹤是非病毒載體面臨的主要問題，而額外的靶向修飾及螢光標記帶來的耗時、複雜操作易對載體自身性質造成影響。本項目擬在我們前期發光氧化石墨烯和DNA拮抗藥物細胞代謝成像研究基礎上，基於氧化石墨烯大的π共軛表面，開發具有細胞核靶向性和自發螢光示蹤功能的新型基因載體，實現基因的高效細胞核靶向傳遞與同步示蹤，提高基因轉染效率。（1）探索氧化石墨烯的發光及細胞核靶向雙功能化修飾方法，製備具有高螢光量子產率和強細胞核靶向能力的氧化石墨烯。（2）在此基礎上，發展小分子量超支化陽離子聚合物接枝方法，提高氧化石墨烯基因載體電荷密度，增強其對雙鏈質粒DNA的負載能力，並研究DNA負載對氧化石墨烯發光效率的影響。（3）通過螢光實時成像，描繪該基因載體的細胞轉運路徑，並建立該體系基因轉染效率評價方法。本項目的研究將為有效提高非病毒基因載體的轉染效率和簡化其靶向及示蹤修飾過程提供新的手段。
結題摘要
針對目前的非病毒基因載體缺乏細胞核靶向性造成基因轉染效率低的問題，本項目通過尺寸調控和表面修飾等手段，成功合成了具有細胞核靶向功能的陽離子碳量子點（cQD）螢光探針，並研究了其與DNA和RNA的相互作用原理，實現了活細胞及生物體核心酸結構的同步螢光成像，為基因和藥物的細胞核靶向傳遞提供了新的載體。主要創新點和成果如下：（1）針對細胞核孔直徑小於9nm和核酸帶負電荷的特點，首先合成了對苯二胺修飾的尺寸2-3nm的碳量子點，進一步偶聯帶正電荷的4-羧丁基三苯基溴化膦來增加碳量子點的正電荷，合成了細胞核靶向的陽離子cQD探針。（2）研究了cQD探針表面電荷密度與細胞核膜穿透性的相關性，發現隨著表面正電荷密度的增加，其進入細胞核的能力增強。進一步闡明了cQD探針與細胞核內DNA和RNA的不同作用方式，實現了活細胞內DNA和RNA的同步光譜區分成像。（3）基於cQD探針強的光穩定性和低的細胞毒性，實現了細胞有絲分裂過程中染色體和核仁的動態成像以及STED超高分辨成像。進一步探索了該探針在活的線蟲體內的傳輸途徑，發現了該探針具有跨越多重組織的高效生物膜穿透能力，證實了cQD探針作為細胞核靶向的新型非病毒載體的可行性。（4）同時，探索了端粒酶活性相關DNA核酸探針的設計，開發了一種端粒酶活性特異性的球形核酸探針基因運載體系，實現了腫瘤的早期診斷。本項目研究成果在Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Nanoscale等高影響力國際期刊上發表SCI論文5篇，申請國家發明專利4項。
