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改性天然多糖：开启非病毒基因载体的新征程

一、引言

1.1研究背景与意义

基因治疗作为一种革命性的医疗手段，近年来在全球范围内得到了广泛关注。它通过将正常基因导入患者体内，以修复或替换异常基因，为众多遗传性疾病、癌症、艾滋病等疑难病症的治疗带来了新的希望。约80%的罕见病由遗传缺陷引起，基因治疗为这些患者提供了潜在的治疗方案，有望从根本上解决疾病的根源问题。

在基因治疗中，基因载体起着至关重要的作用，它负责将治疗基因安全、有效地递送至靶细胞。目前，基因载体主要分为病毒载体和非病毒载体两大类。其中，病毒载体凭借其高效的转染效率，在基因治疗领域占据了主导地位，约80%的基因治疗病例选用病毒载体。常见的病毒载体包括腺病毒、腺相关病毒、慢病毒等。然而，病毒载体存在着诸多局限性。首先，病毒载体的制备过程复杂，需要严格的生物安全防护措施，成本高昂。其次，病毒载体具有免疫原性，可能引发机体的免疫反应，导致治疗效果不佳甚至产生严重的不良反应。如在一些临床试验中，患者使用腺病毒载体后出现了强烈的免疫反应，甚至危及生命。此外，病毒载体还存在病毒重组的风险，可能导致病毒的致病性发生改变，带来潜在的安全隐患。同时，病毒载体的容量有限，难以装载较大的基因片段，限制了其在一些基因治疗中的应用。

由于病毒载体的种种不足，非病毒载体作为一种替代方案，近年来受到了越来越多的关注。非病毒载体具有无传染性、无免疫原性、载体容量不受限制、化学结构可精确控制以及易于大量制备等显著优点。非病毒载体主要包括改性的天然高分子和合成高分子两大类。其中，改性天然高分子材料如脂质类、多糖类、蛋白质类以及多肽类等，因具有良好的生物相容性和生物可降解性，成为非病毒载体研究的热点之一。

多糖是一类由多个单糖分子通过化学键连接而成的大分子化合物，广泛存在于高等植物、动物、微生物等生物体中。多糖类材料具有优异的生物相容性、低毒性和可降解性，使其成为基因递释体系中备受关注的候选材料。天然多糖如壳聚糖、葡聚糖、海藻酸钠等，在经过化学改性后，能够通过静电作用与带负电荷的核酸形成稳定的复合物，保护核酸免受血清中核酸酶的降解，并促进核酸进入细胞。通过对壳聚糖进行季铵化改性，得到的N，N，N-三甲基壳聚糖具有更好的水溶性和转染效率；将阳离子多肽接枝到葡聚糖上，制备的葡聚糖肽载体在基因递送中表现出较高的效率和较低的细胞毒性。

改性天然多糖用于非病毒基因载体的研究具有重要的科学意义和应用价值。在科学意义方面，深入研究改性天然多糖与核酸的相互作用机制、基因递送过程中的细胞内吞和释放机制等，有助于揭示非病毒基因载体的作用原理，丰富和完善基因治疗的理论体系。从应用价值来看，开发高效、安全的改性天然多糖基因载体，有望解决病毒载体存在的问题，推动基因治疗从实验室研究向临床应用的转化，为众多患者带来福音。同时，这也有助于降低基因治疗的成本，提高治疗的可及性，促进基因治疗产业的发展。

1.2国内外研究现状

近年来，改性天然多糖作为非病毒基因载体的研究在国内外取得了显著进展。国内外学者在多糖种类选择、改性方法创新、基因递送效率提升以及作用机制探究等多个方面展开了深入研究，为基因治疗领域带来了新的思路和方法。

在多糖种类的研究上，国内外学者广泛探索了多种天然多糖。壳聚糖是研究最为广泛的多糖之一，其分子结构中含有氨基，在酸性条件下质子化后带正电荷，能够与带负电荷的核酸通过静电作用形成稳定的复合物。研究发现，壳聚糖及其衍生物在基因递送中表现出良好的生物相容性和较低的细胞毒性。通过对壳聚糖进行季铵化改性，得到的N，N，N-三甲基壳聚糖（TMC）具有更好的水溶性和转染效率，在体外细胞实验和动物模型中均表现出较高的基因递送能力。

葡聚糖也是备受关注的多糖之一。葡聚糖具有良好的生物相容性和可降解性，通过接枝阳离子多肽等方式进行改性后，能够有效提高其基因递送效率。有研究将阳离子多肽接枝到葡聚糖上，制备的葡聚糖肽载体在基因递送中表现出较高的效率和较低的细胞毒性，在肿瘤基因治疗的研究中展现出潜在的应用价值。

海藻酸钠同样在基因载体研究中崭露头角。海藻酸钠可以与二价阳离子（如Ca2?）交联形成凝胶，通过与阳离子聚合物复合等改性方法，可用于构建基因递送系统。有研究利用海藻酸钠与壳聚糖复合，制备了具有pH响应性的基因载体，在模拟生理环境下能够有效保护和释放基因，提高基因转染效率。

在改性方法的创新方面，国内外学者不断尝试新的化学修饰和物理制备方法。化学修饰方法包括引入阳离子基团、疏水基团、靶向配体等，以改善多糖的性能。有研究通过在壳聚糖分子上引入疏水性的烷基链，制备了两亲性壳聚糖衍生物，该衍生物能够自组装形成纳米粒子，提高了基因载体的稳定性和细胞摄取效率。物理制备方法如静电纺丝、层层自组装等也被应用于