目前，传统基因递送系统均需使用大量可电离/阳离子载体通过静电作用与负电性基因(小干扰RNA (siRNA)、质粒(DNA)以及信使RNA (mRNA))形成复合物来实现对基因的保护与递送。然而，传统可电离/阳离子递送载体存在高毒性、高体内炎症反应以及细胞胞吐效应的不足。“在众多现行传统基因递送系统中，核心思想仍旧是构建可电离/阳离子递送系统通过静电作用来复合基因。”西安电子科技大学生命科学院邓宏章教授讲，“如此这样，通过静电作用复合来负载保护基因，可电离/阳离子是必不可少的。而可电离/阳离子载体的固有不足也是无法逾越的一道障碍。”

依托西安电子科技大学信息技术与人工智能优势背景，以医工交叉研究为导向，邓宏章团队在前期研究中，通过对海量功能基团进行人工智能模拟训练，最终筛选出可以通过非离子力与mRNA结合的基团，即为硫脲基团。通过引入电中性硫脲基团构建非离子递送系统，利用其与mRNA磷酸主链强的氢键作用来形成复合物实现基因的递送与保护。

他们的结果表明，构建的非离子型递送系统在血清存在下仍然保持较高的转染效率，较低的体内毒性与炎症响应。与传统的可电离/阳离子递送系统相比，非离子型递送系统mRNA体内表达周期可以延长7倍左右。同时，非离子型递送系统可以逃离循环途径。另外，该团队也意外的发现非离子型递送系统具有较好的脾脏靶向能力。

以上相关研究结果近日以西电为第一单位，邓宏章为唯一通讯作者发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

非离子基因递送系统的结构与基因复合物的制备。论文作者提供图片

这项工作是基于非离子脂质为载体，通过强的氢键作用实现了mRNA的有效递送。通过该方式可以保证载基因纳米粒的完整性，规避因mRNA泄露与外排造成的mRNA损失问题，同时避免了传统阳离子基因载体造成的体内炎症反应与毒副作用。如此有效的递送载体展现出了优异的脾脏靶向效果，并有效引起体内免疫与免疫记忆。为许多疾病的免疫治疗提供了有效的递送系统和概念性证明。邓宏章进一步阐述说明，“尽管该非离子基因载体打破了传统静电作用负载基因的常规，展现出一定的优势，但是在系统给药过程中，该载体的血液长循环性仍然需要验证。因此，从系统给药途径出发，提高该非离子纳米基因递送系统的体内长循环，可以为后续治疗各种疾病提供新策略。”（作者：张行勇 严涛）

文章相关信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2311276120

来源：科学网2023年12月21日