H.E.L 醫(yī)用有機(jī)聚合物的合成—PolyBLOCK 自動平行反應(yīng)儀

醫(yī)用聚合物的合成是一個涉及材料科學(xué)、化學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)的跨學(xué)科領(lǐng)域，旨在開發(fā)具有特定生物相容性、生物可降解性和功能性的聚合物材料，用于醫(yī)療和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。醫(yī)用聚合物在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用：

藥物遞送：用于制備納米顆粒、微球和脂質(zhì)體，實現(xiàn)藥物的靶向遞送和緩釋。組織工程：用于制備生物可降解支架，促進(jìn)組織再生。

醫(yī)療器械：用于制造人工關(guān)節(jié)、血管支架和牙科材料。

生物傳感器：用于檢測生物標(biāo)志物和藥物濃度。

醫(yī)用聚合物的合成是一個復(fù)雜但極具潛力的領(lǐng)域，涉及多種合成方法和表征技術(shù)。通過合理選擇合成方法和優(yōu)化工藝，可以開發(fā)出具有特定性能的聚合物材料，滿足生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的多樣化需求。 

案例：在異位骨化細(xì)胞培養(yǎng)模型中，使用多功能聚合物-脂質(zhì)納米顆粒遞送siRNA沉默Runx2抑制成骨研究

Mishra, S., Vaughn, A. D., Devore, D. I., & Roth, C. M. (2012). Delivery of siRNA silencing Runx2 using a multifunctional polymer-lipid nanoparticle inhibits osteogenesis in a cell culture model of heterotopic ossification. Integrative Biology, 4(12), 1498-1507. 

背景: 異位骨化（HO）是指在軟組織中形成不需要的骨骼，通常與創(chuàng)傷性神經(jīng)或肌肉骨骼損傷相關(guān)。HO的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但已知多種生長因子（如骨形態(tài)發(fā)生蛋白BMPs、轉(zhuǎn)化生長因子β-TGF-β等）在其中起重要作用。Runx2是BMP信號通路下游的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控成骨細(xì)胞的分化。因此，通過RNA干擾技術(shù)（RNAi）沉默Runx2基因，有望成為研究HO機(jī)制和治療HO的有效手段。本研究旨在開發(fā)一種高效的非病毒載體，用于在HO細(xì)胞模型中遞送siRNA，沉默Runx2基因，抑制成骨細(xì)胞分化和骨生成。   

研究方法：細(xì)胞模型：使用C2C12肌源性前體細(xì)胞，通過添加BMP-2誘導(dǎo)其向成骨細(xì)胞表型分化，模擬HO病理過程。

納米顆粒制備：采用基于DOTAP（一種陽離子脂質(zhì)）的陽離子脂質(zhì)體，并用聚丙烯酸（PPAA）接枝聚醚胺（Jeffamine）的共聚物進(jìn)行包覆，形成多功能納米復(fù)合物。

siRNA遞送：設(shè)計并篩選針對小鼠Runx2基因的siRNA序列，通過納米顆粒將siRNA遞送到C2C12細(xì)胞中。

表征與測試：通過動態(tài)光散射（DLS）和zeta電位測量納米顆粒的物理性質(zhì)；通過流式細(xì)胞術(shù)和共聚焦顯微鏡觀察細(xì)胞對納米顆粒的攝??；通過實時定量PCR（qPCR）檢測Runx2基因表達(dá)水平；通過堿性磷酸酶（ALP）活性檢測和茜素紅S（ARS）染色評估成骨細(xì)胞分化和礦化程度。

實驗結(jié)果：siRNA篩選：篩選出三種siRNA序列，其中序列S-1對Runx2基因沉默效果最佳，被選為后續(xù)實驗的siRNA。

• 納米顆粒物理性質(zhì)：DOTAP/siRNA/PPAA納米顆粒的zeta電位為3.9 mV，粒徑為245 ± 10 nm；接枝Jeffamine后，粒徑增加，分別為369 ± 16 nm（1%接枝密度）和412 ± 22 nm（10%接枝密度）。

• 細(xì)胞攝取：PPAA-g-1% Jeffamine納米顆粒的細(xì)胞攝取效率最高，比DOTAP/siRNA/PPAA提高了13倍，比DOTAP/siRNA提高了82倍。

• 基因沉默效果：使用PPAA-g-1% Jeffamine納米顆粒遞送siRNA，可在BMP-2誘導(dǎo)條件下實現(xiàn)超過60%的Runx2基因沉默。

• 對成骨的影響：Runx2基因沉默顯著抑制了C2C12細(xì)胞的ALP活性和鈣沉積，表明抑制Runx2可以阻止成骨細(xì)胞分化和骨生成。

結(jié)論：  

• 納米顆粒遞送系統(tǒng)：DOTAP/siRNA/PPAA-g-Jeffamine納米顆粒是一種有效的非病毒載體，能夠在細(xì)胞模型中實現(xiàn)siRNA的高效遞送和基因沉默。

• Runx2沉默效果：通過siRNA沉默Runx2基因可以顯著抑制BMP-2誘導(dǎo)的C2C12細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，為HO的治療提供了潛在的靶點。

• 細(xì)胞模型的應(yīng)用：C2C12細(xì)胞模型成功模擬了HO的病理過程，可用于研究HO的分子機(jī)制和篩選治療HO的藥物。

納米顆粒制備：實驗采用HEL PolyBLOCK 4 四通道自動平行反應(yīng)儀

制備聚丙基丙烯酸（PPAA） 實驗步驟：l單體：2-丙基丙烯酸（2-propylacrylic acid），5.99 g（52.5 mmol）。

• 引發(fā)劑：偶氮二異丁腈（AIBN），16.7 mg（1.02 × 10?1 mmol）。

• 將16.7 mg AIBN溶解在5.99 g 2-丙基丙烯酸中。將混合物置于30 mL閃爍瓶中。

• 混合物置于PolyBLOCK-4中，使用氮氣吹掃混合物，以排除氧氣，防止氧化反應(yīng)，在30°C下以250 rpm的攪拌速度攪拌1小時，確保引發(fā)劑和單體充分混合。

• 將反應(yīng)混合物的溫度提高到61°C。在61°C下保持250 rpm的攪拌速度，進(jìn)行聚合反應(yīng)，持續(xù)50小時。 

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設(shè)在倫敦，在中國、美國、德國、意大利、印度擁有分公司。全資的赫伊爾商貿(mào)（北京）有限公司于 2020年在北京設(shè)立。H.E.L最初是一家過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估的專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，對研究機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)企業(yè)承接工藝過程研發(fā)項目；同時提供安全咨詢，包括事故調(diào)查、HAZOP研究、安全設(shè)施的設(shè)計及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業(yè)咨詢機(jī)構(gòu)，同時已經(jīng)發(fā)展成為一家致力于為客戶提供專業(yè)的過程工藝優(yōu)化及反應(yīng)危害評估設(shè)備的國際集團(tuán)企業(yè)。

關(guān)于綠綿科技

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