H.E.L 醫用有機聚合物的合成—PolyBLOCK 自動平行反應儀

醫用聚合物的合成是一個涉及材料科學、化學工程和生物醫學的跨學科領域，旨在開發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，用于醫療和生物醫學應用。醫用聚合物在生物醫學領域有廣泛的應用：

藥物遞送：用于制備納米顆粒、微球和脂質體，實現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，促進組織再生。

醫療器械：用于制造人工關節、血管支架和牙科材料。

生物傳感器：用于檢測生物標志物和藥物濃度。

醫用聚合物的合成是一個復雜但極具潛力的領域，涉及多種合成方法和表征技術。通過合理選擇合成方法和優化工藝，可以開發出具有特定性能的聚合物材料，滿足生物醫學領域的多樣化需求。 

案例：在異位骨化細胞培養模型中，使用多功能聚合物-脂質納米顆粒遞送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，通常與創傷性神經或肌肉骨骼損傷相關。HO的發病機制尚不完全清楚，但已知多種生長因子（如骨形態發生蛋白BMPs、轉化生長因子β-TGF-β等）在其中起重要作用。Runx2是BMP信號通路下游的關鍵轉錄因子，調控成骨細胞的分化。因此，通過RNA干擾技術（RNAi）沉默Runx2基因，有望成為研究HO機制和治療HO的有效手段。本研究旨在開發一種高效的非病毒載體，用于在HO細胞模型中遞送siRNA，沉默Runx2基因，抑制成骨細胞分化和骨生成。   

研究方法：細胞模型：使用C2C12肌源性前體細胞，通過添加BMP-2誘導其向成骨細胞表型分化，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）的陽離子脂質體，并用聚丙烯酸（PPAA）接枝聚醚胺（Jeffamine）的共聚物進行包覆，形成多功能納米復合物。

siRNA遞送：設計并篩選針對小鼠Runx2基因的siRNA序列，通過納米顆粒將siRNA遞送到C2C12細胞中。

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

實驗結果：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，被選為后續實驗的siRNA。

• 納米顆粒物理性質：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）。

• 細胞攝取：PPAA-g-1% Jeffamine納米顆粒的細胞攝取效率最高，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誘導條件下實現超過60%的Runx2基因沉默。

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

結論：  

• 納米顆粒遞送系統：DOTAP/siRNA/PPAA-g-Jeffamine納米顆粒是一種有效的非病毒載體，能夠在細胞模型中實現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誘導的C2C12細胞向成骨細胞分化，為HO的治療提供了潛在的靶點。

• 細胞模型的應用：C2C12細胞模型成功模擬了HO的病理過程，可用于研究HO的分子機制和篩選治療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，在30°C下以250 rpm的攪拌速度攪拌1小時，確保引發劑和單體充分混合。

• 將反應混合物的溫度提高到61°C。在61°C下保持250 rpm的攪拌速度，進行聚合反應，持續50小時。 

Hazard Evaluation Laboratories 

成立于1987年，總部設在倫敦，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（北京）有限公司于 2020年在北京設立。H.E.L最初是一家過程工藝優化及反應危害評估的專業咨詢機構，對研究機構和生產企業承接工藝過程研發項目；同時提供安全咨詢，包括事故調查、HAZOP研究、安全設施的設計及制度管理等。目前，H.E.L是全球首屈一指的過程工藝及安全專業咨詢機構，同時已經發展成為一家致力于為客戶提供專業的過程工藝優化及反應危害評估設備的國際集團企業。

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