近日，化学与材料学院张欢课题组与加州大学伯克利分校的杨培东院士和Markita Landry教授合作，在发展新型siRNA基因药物递送技术方面取得重要进展，以暨南大学为第一完成单位在Nano Letters（IF=11.189）上发表研究成果。
RNA干扰(RNAi)技术的出现，使的在转录组水平上对植物进行经济快速有效的基因操作成为可能，进而可以进一步了解细胞代谢、分析基因功能、生产改良作物品种、保护作物免受害虫的侵害。RNAi技术的主要策略是将外源性小干扰RNA(siRNA)递送到细胞质中，这在植物研究中是一个重大挑战。不同于动物细胞，植物细胞外面有着一层致密的细胞壁，它的存在使得外源生物分子的递送金变得非常困难。而纳米团簇(AuNCs)由于本身尺寸很小，仅有约1-2nm，远低于细胞壁的尺寸限域范围，因此有机会可以透过细胞壁进入植物细胞。
图2、PEI功能化的金纳米簇的合成及表征。a，种子法合成不同分子量PEI修饰的金纳米簇，静电吸附法装载可沉默GFP的siRNA并运送至植物细胞；b，三种不同分子量大小的PEI-AuNCs的TEM表征及尺寸统计。
基于课题组前期在植物体系纳米载体的设计的工作基础，设计并合成聚乙烯亚胺功能化的金纳米簇（PEI-AuNCs），然后进行系列PEI-AuNCs向成熟植物中递送siRNA的研究。表面修饰有PEI的AuNCs可通过静电吸附将siRNA负债在金纳米簇（AuNCs）上，并且金纳米簇可以有效地保护siRNA免于降解。利用激光共聚焦显微镜及共定位技术，作者发现PEI-AuNCs可以快速的（~0.5 h便可以观察到有效地摄取）进入到植物细胞中，并且单链DNA及RNA只有被负载到金纳米簇上才能够穿过细胞壁、细胞膜最终进入到细胞中，这些研究均表明金纳米簇有望作为siRNA的载体。通过设计针对绿色荧光蛋白GFP的siRNA，并且将其负债与PEI-AuNCs上，作者发现金纳米簇可以有效地将siRNA载带进入植物细胞中。作者分别利用qPCR和western blots技术从mRNA水平及蛋白水平证实了siRNA可以有效地沉默转基因mGFP5烟草(Nb)植物中绿色荧光蛋白(GFP)基因的表达。此外，作者还证明PEI-AuNCs不仅可以沉默外源性基因，还可以沉默内源性基因，并且生物相容性很好，证明金纳米簇可以作为一个潜在的优良的普适性载体应用于植物体系。
发展新型基因编辑技术对实现新一代生物育种具有重要意义，也是“十四五”规划中国家重点要攻坚的科学问题之一，将生物相容性良好的纳米材料和新型的基因编辑技术相结合，优势互补，有望在关键技术上取得突破，为生物育种提供新的技术和思路。
张欢博士毕业于中国科学院上海应用物理研究所，师从樊春海院士，2020年以海外人才引进的方式从加州大学伯克利分校全职加入暨南大学化学与材料学院。研究工作主要致力于框架核酸和新型生物材料的设计和构建，并应用于生命分析与核酸检测、精准诊疗及人类可持续发展等应用，已在Proceedings of the National Academy of Sciences（PNAS）、Nature communications、Nature Protocols、Nano Letters、Nature Nanotechnology、Sciences advances等国际高水平杂志发表论文17篇，申请并授权多项发明专利，主持参与多项国家自然科学基金项目，参与编写英文专著一章。
该工作得到来自暨南大学人才启动经费以及美国农业部等经费资助。
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c01792
