H.E.L 医用有机聚合物的合成—PolyBLOCK 自动平行反应仪

医用聚合物的合成是一个涉及材料科学、化学工程和生物医学的跨学科领域，旨在开发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，用于医疗和生物医学应用。医用聚合物在生物医学领域有广泛的应用：

药物递送：用于制备纳米颗粒、微球和脂质体，实现药物的靶向递送和缓释。组织工程：用于制备生物可降解支架，促进组织再生。

医疗器械：用于制造人工关节、血管支架和牙科材料。

生物传感器：用于检测生物标志物和药物浓度。

医用聚合物的合成是一个复杂但极具潜力的领域，涉及多种合成方法和表征技术。通过合理选择合成方法和优化工艺，可以开发出具有特定性能的聚合物材料，满足生物医学领域的多样化需求。 

案例：在异位骨化细胞培养模型中，使用多功能聚合物-脂质纳米颗粒递送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: 异位骨化（HO）是指在软组织中形成不需要的骨骼，通常与创伤性神经或肌肉骨骼损伤相关。HO的发病机制尚不完全清楚，但已知多种生长因子（如骨形态发生蛋白BMPs、转化生长因子β-TGF-β等）在其中起重要作用。Runx2是BMP信号通路下游的关键转录因子，调控成骨细胞的分化。因此，通过RNA干扰技术（RNAi）沉默Runx2基因，有望成为研究HO机制和治疗HO的有效手段。本研究旨在开发一种高效的非病毒载体，用于在HO细胞模型中递送siRNA，沉默Runx2基因，抑制成骨细胞分化和骨生成。   

研究方法：细胞模型：使用C2C12肌源性前体细胞，通过添加BMP-2诱导其向成骨细胞表型分化，模拟HO病理过程。

纳米颗粒制备：采用基于DOTAP（一种阳离子脂质）的阳离子脂质体，并用聚丙烯酸（PPAA）接枝聚醚胺（Jeffamine）的共聚物进行包覆，形成多功能纳米复合物。

siRNA递送：设计并筛选针对小鼠Runx2基因的siRNA序列，通过纳米颗粒将siRNA递送到C2C12细胞中。

表征与测试：通过动态光散射（DLS）和zeta电位测量纳米颗粒的物理性质；通过流式细胞术和共聚焦显微镜观察细胞对纳米颗粒的摄取；通过实时定量PCR（qPCR）检测Runx2基因表达水平；通过碱性磷酸酶（ALP）活性检测和茜素红S（ARS）染色评估成骨细胞分化和矿化程度。

实验结果：siRNA筛选：筛选出三种siRNA序列，其中序列S-1对Runx2基因沉默效果最佳，被选为后续实验的siRNA。

• 纳米颗粒物理性质：DOTAP/siRNA/PPAA纳米颗粒的zeta电位为3.9 mV，粒径为245 ± 10 nm；接枝Jeffamine后，粒径增加，分别为369 ± 16 nm（1%接枝密度）和412 ± 22 nm（10%接枝密度）。

• 细胞摄取：PPAA-g-1% Jeffamine纳米颗粒的细胞摄取效率最高，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纳米颗粒递送siRNA，可在BMP-2诱导条件下实现超过60%的Runx2基因沉默。

• 对成骨的影响：Runx2基因沉默显著抑制了C2C12细胞的ALP活性和钙沉积，表明抑制Runx2可以阻止成骨细胞分化和骨生成。

结论：  

• 纳米颗粒递送系统：DOTAP/siRNA/PPAA-g-Jeffamine纳米颗粒是一种有效的非病毒载体，能够在细胞模型中实现siRNA的高效递送和基因沉默。

• Runx2沉默效果：通过siRNA沉默Runx2基因可以显著抑制BMP-2诱导的C2C12细胞向成骨细胞分化，为HO的治疗提供了潜在的靶点。

• 细胞模型的应用：C2C12细胞模型成功模拟了HO的病理过程，可用于研究HO的分子机制和筛选治疗HO的药物。

纳米颗粒制备：实验采用HEL PolyBLOCK 4 四通道自动平行反应仪

制备聚丙基丙烯酸（PPAA） 实验步骤：l单体：2-丙基丙烯酸（2-propylacrylic acid），5.99 g（52.5 mmol）。

• 引发剂：偶氮二异丁腈（AIBN），16.7 mg（1.02 × 10⁻¹ mmol）。

• 将16.7 mg AIBN溶解在5.99 g 2-丙基丙烯酸中。将混合物置于30 mL闪烁瓶中。

• 混合物置于PolyBLOCK-4中，使用氮气吹扫混合物，以排除氧气，防止氧化反应，在30°C下以250 rpm的搅拌速度搅拌1小时，确保引发剂和单体充分混合。

• 将反应混合物的温度提高到61°C。在61°C下保持250 rpm的搅拌速度，进行聚合反应，持续50小时。 

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，总部设在伦敦，在中国、美国、德国、意大利、印度拥有分公司。全资的赫伊尔商贸（北京）有限公司于 2020年在北京设立。H.E.L最初是一家过程工艺优化及反应危害评估的专业咨询机构，对研究机构和生产企业承接工艺过程研发项目；同时提供安全咨询，包括事故调查、HAZOP研究、安全设施的设计及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的过程工艺及安全专业咨询机构，同时已经发展成为一家致力于为客户提供专业的过程工艺优化及反应危害评估设备的国际集团企业。

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