On the chemical synthesis and drug delivery response of folate receptor-activated, polyethylene glycol-functionalized magnetite nanoparticles

We describe here the chemical synthesis and in vitro drug delivery response of polyethylene glycol (PEG)-functionalized magnetite (Fe3O4) nanoparticles, which were activated with a stable ligand, folic acid, and conjugated with an anticancer drug, doxorubicin. The functionalization and conjugation steps in the chemical synthesis were confirmed using Fourier transform infrared spectroscopy. The drug-release behavior of PEG-functionalized and folic acid-doxorubicin-conjugated magnetic nanoparticles was characterized by two stages involving an initial rapid release, followed by a controlled release. (C) 2007 Acta Materialia Inc. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Folate-Conjugated Micelles and Their Folate-Receptor-Mediated Endocytosis

A folate-conjugated copolymer PEG-PLA-PLL/folate was synthesized and mixed with pure PEG-PLA-PLL and a fluorescent model drug mFITC to prepare folate-conjugated micelles. The distribution of micelles was studied on cancer-cell-bearing mice via frozen slicing. The results show that mFITC is successfully encapsulated into folate(+) and folate(-)micelles; PEG-PLA-PLL micelles the latter can be internalized by both HeLa and CHO cells without selectivity due to their cationic surface charges, while folate(+)micelles exhibit more preferential endocytosis by HeLa cells than by CHO cells. The folate(-)micelles showed retention in both organs and tumors. The folate(+)micelles are a promising active targeting drug delivery system for FR over-expressing cells and they accumulate in tumor beds.

功能化乳酸类聚合物的生物应用研究

乳酸类聚合物具有广泛的生物学和医学应用潜力，但是乳酸类聚酯主链缺少活性位点限制了其应用的范围。用聚乙二醇与聚乳酸共聚进行改性，可以提高担载水溶性药物的效率和控释能力；氨基酸改性再偶联生物分子可以实现乳酸类聚合物的生物功能化和生物智能化的应用。本论文以功能化乳酸类聚合物为研究对象，按照聚乳酸生物功能由低级到高级的顺序分别考察了乳酸类聚合物作为载药纤维、表面活性材料、蛋白质固载和纯化材料、以及靶向药物载体等在一些生物领域的应用，并获得结果如下：1） 聚乙二醇改性的聚乳酸嵌段共聚物纺丝担载阿霉素，具有体内和体外的长效缓释作用；2）以biotin/PLL—PLA—PEG制备的高分子涂层，具有良好的特异性固载生物分子；3）将biotin/PLL—PLA—PEG与PLGA共混制备生物活性纤维，则特异性的固载蛋白质；4）用聚半胱氨酸改性聚乳酸合成PCys—PLA，再和PLGA共混制备纤维，再表面偶联还原型谷胱甘肽，则可以捕获谷胱甘肽转移酶；5）将folate/PLL—PLA—PEG制备成胶束，则具备了叶酸受体介导的生物智能化靶向送药的功能，尤其是在动物肿瘤模型的试验中表现了良好的叶酸受体靶向性。

非洲爪蛙分泌型叶酸结合蛋白及NKX6.3在早期胚胎神经发育中的功能研究

叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此叶酸是B族维生素的一员，参与体内一系列重要的生命过程包括DNA，氨基酸的合成，调控细胞周期，参与一碳单位供体循环，调节DNA,蛋白质甲基化等。叶酸的许多功能都和叶酸结合蛋白有关，体内有多种跨膜形式的叶酸结合蛋白，比如Folbp1，RFC，HCP等。以前的研究表明这些不同的叶酸结合蛋白具有不同的功能。分泌型叶酸结合蛋白是另外一类叶酸结合蛋白，在人类，小鼠，猪中都有序列报道，但是其功能却知之甚少。 我们在非洲爪蛙中鉴定出一个全新的分泌型叶酸结合蛋白并命名为Secreted Folate Binding Protein(sFBP)。在胚胎和转染细胞系中我们都证明该蛋白是分泌性的，表面等离子共振实验发现sFBP能够结合叶酸。在胚胎早期这个基因表达于粘液腺和神经板区域，神经管闭合后在神经管、粘液腺、眼睛，头部以及鳃弓都有表达。特异morpholino 阻断sFBP翻译后发现粘液腺发育异常，神经管闭合缺陷，前后体轴聚集延伸运动受到抑制，尾芽期胚胎表现出体轴缩短，无眼，小头或无头的表型。进一步研究发现显微注射sFBP morpholino 的胚胎神经板区域细胞发生凋亡，中胚层和神经外胚层的一系列粘附分子表达异常，神经细胞的正常分化也受到抑制。通过显微移植实验我们还发现抑制sFBP的翻译后，神经嵴细胞的正常分化和迁移都受到抑制。但是，显微注射叶酸及其类似物或者显微注射甲基供体S-腺苷甲硫氨酸或者亮氨酸甲基转移酶都不能挽救阻断sFBP造成的表形，由此提示sFBP可能不是通过叶酸传统的参与营养合成或者甲基化的途径发挥作用。我们发现注射sFBP morpholino可以抑制Islet-1mRNA和蛋白质的表达，Islet-1的表达区域与sFBP类似。共同注射Islet-1 mRNA和sFBP morpholino可以极大的挽救sFBP morpholino的表型。最后通过morpholino特异阻断Islet-1的表达后，我们发现其表现出与sFBP morpholino类似的粘液腺发育缺陷，神经板细胞凋亡，小头无眼的表形。由此我们认为sFBP结合叶酸后可能通过细胞膜上的受体传递信号，并且Islet-1可能在sFBP的下游发挥作用。 神经嵴是脊椎动物特有的一群多潜能干细胞，产生于表皮和神经板的边界，在原肠运动之后这群细胞通过表皮间充值转换从神经管背侧迁移到不同的区域，分化成不同的细胞类型，包括外周神经系统，色素细胞，软骨等。神经嵴的发生是一个多步骤多基因参与的精细调控过程。目前理论认为最初由一些分泌性信号分子又叫形态生成素比如BMP,Wnt，FGF，Notch等通过不同浓度梯度的相互作用调节一组在表皮和神经板边界的转录因子（Msx、Pax3/7、Zic1、Dlx3/5等）的表达，即边界决定。这些边界决定因子进一步在预定形成神经嵴的区域激活神经嵴特化基因比如Slug/Snail、FoxD3、Twist、Sox9/10的表达完成神经嵴的特化（Specification）。 Nkx6.3是Nkx6家族的一个转录因子，RT-PCR显示其呈现母源性表达。特异抗体显示Nkx6.3蛋白第9期在整个胚胎都表达，大部分蛋白集中在细胞核，有少部分蛋白定位于细胞膜上；神经板时期主要定位于神经嵴区域的细胞膜上。过表达Nkx6.3会影响细胞粘连分子的表达，由此干扰正常的胚胎原肠运动和Activin诱导的动物帽聚集延伸运动。显微注射Nkx6.3特异morpholino阻断其蛋白表达会抑制神经嵴的marker基因Wnt8，Fgf8，Pax3，Msx1，Zic1，FoxD3，Slug的转录，阻碍神经嵴的发育。在动物帽中单独注射Nkx6.3可以在mRNA水平上诱导Wnt8、Fgf8另一方面抑制BMP4的表达进而诱导神经嵴基因Pax3，Zic1，Slug的表达。报告基因实验也显示Nkx6.3能够激活Wnt信号而在动物帽中抑制BMP信号。Nkx6.3蛋白功能域分析发现其EH1结构域（domain）参与对Wnt8信号的激活，而EH1结构域和HD结构域之间的连接区域（linker domain）参与对FGF的激活和对BMP的抑制。进一步在动物帽和胚胎中分析发现Nkx6.3对Wnt8的激活依赖于FGF家族受体信号但是不依赖于Fgf8。有趣的是4细胞时期过表达Nkx6.3促进Fgf8和Wnt8 mRNA表达，但是抑制边界决定基因Msx1、Pax3和神经嵴特化基因Slug的转录。在32细胞时期显微注射Nkx6.3可以在内源神经嵴发生区域抑制Slug的表达，而异位却诱导Slug的mRNA。我们发现与动物帽中对BMP的调节不同，在胚胎中，过表达Nkx6.3会强烈的激活Smad1蛋白在细胞核中的表达即BMP信号被激活，高的BMP信号会抑制神经嵴的发生。另外我们发现过表达Nkx6.3在胚胎中抑制Dlx5而在动物帽中却不影响Dlx5的表达水平，Morpholino阻断Dlx5会抑制Msx1、Pax3和Slug的表达。BMP信号和Dlx5在动物帽和在整体胚胎中对Nkx6.3的不同响应可以一定程度上解释过表达Nkx6.3在2个系统中对神经嵴基因Slug相反的影响结果。

One-Step Synthesis of Folic Acid Protected Gold Nanoparticles and Their Receptor-Mediated Intracellular Uptake

We report here a facile method to obtain folic acid (FA)-protected gold nanoparticles (Au NPs) by heating an aqueous solution of HAuCl4/FA in which FA acts as both the reducing and stabilizing agent. The successful formation of FA-protected Au NPs is demonstrated by UV/Vis spectroscopy, transmission electron microscopy (TEM), selected-area electron diffraction (SAED), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). ne intracellular uptake of these nanoparticles is facilitated by HeLa cells overexpressing the folate reporter, which itself is significantly inhibited by free FA in a competitive assay as quantified by inductively coupled plasma mass spectroscopy (ICP-MS). This simple one-step approach affords a new perspective for creating functional nanomaterials, and the resulting biocompatible, functional Au NPs may find some prospective applications in various biomedical fields.

胸苷酸合成酶和二氢叶酸还原酶mRNA亲和肽的发现及mRNA体外展示技术的优化

胸苷酸合成酶（thymidylate synthase，简称TS）和二氢叶酸还原酶（dihydrofolate reductase, 简称DHFR）都是叶酸依赖性酶，在维持DNA合成和DNA修复上发挥关键作用，并且多年来一直是肿瘤研究和化疗的重要靶点。我们前期的研究发现，TS和DHFR在翻译水平上存在负反馈调控机制。人TS和DHFR可以与其自身的mRNA结合，从而抑制mRNA的表达，化疗药物可以与TS或者DHFR相互作用，形成的复合物不能与TS mRNA结合， 使负反馈机制丧失。因此深入研究TS和DHFR的翻译调控机理，对阐明肿瘤抗药性机制，对发现新的抗肿瘤药物和肿瘤的治疗都具有十分重要的意义。 本论文利用mRNA体外展示技术，构建多肽库（约10万亿种多肽分子），利用多种实验手段将mRNA体外展示技术进行优化，提高了多肽库融合肽的产量，提高了mRNA体外展示技术筛选的特异性。将TS mRNA分子上的顺式因子TS30 RNA固定于磁珠上，将融合肽库与顺式因子作用，经过6轮循环，由多肽库中获得了与TS mRNA高度亲和的多肽序列，体外结合实验证明亲和肽可以与TS全长mRNA结合，体外翻译实验证明多肽可以抑制TS mRNA的翻译。并且利用phage display技术由噬菌体肽库（12个氨基酸随机肽库）经过四轮筛选，分别筛选到TS和DHFR的亲和肽，凝胶阻滞实验证明它们分别能与TS和DHFR mRNA结合。 本论文利用的展示技术可以广泛应用于特异靶点的蛋白质筛选，并且本论文筛选到的TS和DHFR亲和肽可以作为TS和DHFR的抑制剂，从而为获得新型的抗肿瘤药物奠定基础。