PEG-b-PEI|PEI-PEG|聚乙烯亚胺-聚乙二醇的结构对生物相容性的影响

PEG-b-PEI （聚乙二醇-嵌段-聚乙烯亚胺）是一种由聚乙二醇（PEG）和聚乙烯亚胺（PEI）组成的嵌段共聚物。这种结构的设计结合了两种组分的独特性质，使得PEG-b-PEI在生物医学领域特别是基因治疗和药物递送方面具有显著的优势。

1. 结构特征

· PEI（聚乙烯亚胺） ：PEI是一种高度支化的阳离子聚合物，富含氨基。这些氨基在生理条件下质子化，赋予PEI强正电性。PEI能够高效地结合核酸，保护其不受酶解，并帮助内吞后的逃逸，因此常用于基因转染。然而，由于其强烈的细胞毒性和免疫原性，未经修饰的PEI在临床应用上受到很大限制。

· PEG（聚乙二醇） ：PEG是一种中性亲水性聚合物，具有良好的生物相容性和低免疫原性。通过将PEG接枝到PEI上，可以显著降低PEI的细胞毒性和免疫反应性，同时提高其血液循环时间和稳定性。

2. 生物相容性的提升机制

细胞毒性降低

· 屏蔽效应 ：PEG的引入起到了屏蔽作用，减少了PEI与细胞膜的直接接触，从而大幅降低了细胞毒性。通过调节PEG和PEI的比例，可以在保持高效转染的同时，将细胞毒性控制在可接受范围内。

· 分子量影响 ：较低分子量的PEI虽然细胞毒性较小，但转染效率也相应降低。通过与PEG形成嵌段共聚物，可以在一定程度上弥补这一缺陷，达到既降低毒性又维持较高转染效率的效果。

免疫反应减弱

· 减少免疫刺激 ：未修饰的PEI由于其强正电性，容易引起免疫系统的识别和攻击。PEG的修饰使得聚合物整体电荷降低，减少了对免疫系统的刺激，从而降低了免疫原性。

· 延长半衰期 ：PEG的亲水性增加了聚合物在血液中的稳定性，防止快速清除，延长了半衰期，使得药物或基因有更多的时间到达靶标位置。

内吞和胞内转运

· 促进内吞 ：尽管屏蔽了一部分PEI的正电性，PEG-b-PEI仍能通过静电吸附等方式与细胞表面相互作用，促进内吞过程。同时，PEG的存在增强了复合物的稳定性，防止过早降解。

· 高效胞内转运 ：PEI的“质子海绵”效应依然发挥作用，帮助内吞体破裂，释放基因物质进入细胞质。PEG的修饰并不妨碍这一重要机制，确保了高效的胞内转运和基因表达。

3. 实际应用中的生物相容性表现

· 基因治疗 ：在基因治疗中，PEG-b-PEI被广泛用于DNA和RNA（如siRNA、microRNA）的递送。通过优化组成和剂量，可以实现高效的转染和基因表达，同时保持较低的细胞毒性和免疫反应。

· 药物递送 ：作为药物载体，PEG-b-PEI可以携带抗癌药物或其他治疗性分子，通过包封或共价结合的方式，实现靶向递送，减少副作用，提高疗效。

4. 总结

PEG-b-PEI的结构设计巧妙地结合了PEG的高生物相容性和PEI的高效转染能力，通过调节两者比例和分子量，可以在很大程度上克服传统PEI的缺点，提高其生物相容性。这种改进不仅提升了安全性，还扩展了其在生物医药领域的应用范围，使其成为非常有潜力的非病毒载体。