升級您的基因遞送系統，開啟高效與生物相容性的新紀元！一同探索新型 PEI 轉染試劑背后的創新設計故事。

線性聚乙烯亞胺（PEI）長期以來一直被認為是一種多功能且有效的基因遞送載體。其線性結構具有高密度的氮原子，使其具有與帶負電的核酸（如 DNA 和 RNA）相互作用的固有能力。這種高密度的陽離子電荷使 PEI 成為高效的質子海綿，這一術語用于描述其在酸性環境中吸收質子的能力，這是其作為基因遞送工具的核心功能。在核酸遞送的背景下，PEI 與核酸的帶負電磷酸骨架之間的靜電相互作用促進了穩定的 PEI/核酸復合物的形成，這些復合物保護核酸免受生物系統中核酸酶的降解。這些復合物在確保轉染過程中核酸的穩定性和功能性方面發揮著關鍵作用。

圖 1. 線性 PEI 的結構

這些 PEI/核酸復合物一旦形成，便表現出與細胞膜更強的相互作用能力。帶正電的 PEI 復合物與帶負電的細胞表面之間的靜電吸引力促進其粘附，隨后的內吞作用使細胞內化。進入細胞后，體內的低 pH 值觸發 PEI 的質子化，導致反離子進入內體以中和電荷失衡。最終，水分子被吸引到內體中，導致滲透壓增加。這種不斷上升的滲透壓最終導致內體膜破裂，這一現象有助于將 PEI/核酸復合物釋放到細胞質中。這一過程被稱為 “質子海綿效應”，是 PEI 介導轉染實現高效率的關鍵機制。

盡管線性 PEI 具有令人印象深刻的轉染能力，但使其成為高效基因遞送載體的高陽離子電荷密度也可能導致細胞毒性。PEI 的正電荷與細胞膜和細胞內結構中帶負電成分相互作用，可能會對細胞造成潛在損傷。因此，在基因遞送系統中應用 PEI 的一個挑戰在于其毒性，這可能會顯著阻礙其治療潛力。因此，優化 PEI 的分子量和濃度對于在最小化毒性的同時確保維持高轉染效率至關重要。

圖 2. PEI 修飾分子篩選

為了解決毒性問題并進一步提升 PEI 的性能，研究人員探索了各種策略來修飾和改進該分子。其中最有前途的方法之一是通過化學修飾開發 PEI 衍生物，包括 PEGylation（聚乙二醇化）[1]，這一過程涉及將聚乙二醇（PEG）鏈與 PEI 分子結合。研究表明，PEGylation 可以通過降低免疫原性和增強生物系統中的溶解度來改善基于 PEI 的載體的生物相容性和穩定性。此外，還探索了其他化學修飾[2, 3]，如引入疏水基團或優化聚合物鏈長度，以改善 PEI 的遞送效率和安全性。

鑒于持續創新的必要性，翌圣利用先進技術平臺，包括人工智能（AI）分子動力學和模擬分子對接技術，設計了一系列新型 PEI 衍生物。這些計算方法允許在分子水平上高效探索潛在修飾，從而確定具有更好生物活性、穩定性和安全性的新型PEI 先導化合物。通過高通量篩選，這些修飾后的 PEI 候選物被評估其轉染潛力，通過體外細胞實驗反復篩選驗證。這一嚴格的過程確定了具有增強性能的先導化合物。

這一研究和開發工作的成果是創造了一種新型 PEI 變體，該變體擁有獨立的知識產權，并在傳統 PEI的基礎上顯著改進其轉染性能。這種創新的 PEI 衍生物解決了與基因遞送相關的幾個關鍵挑戰，包括細胞毒性、轉染效率和生物相容性。

圖 3. 新型 PEI AAV 機制示意圖

圖 4. 與競爭對手相比，PEI AAV 展示了最高的病毒載體產量。AAV2、AAV5、AAV8 和 AAV9 在懸浮 293F 細胞中生產，每百萬細胞的 DNA 用量為 1 µg。病毒在轉染后 72 小時收獲，并對病毒上清液進行了分析。

圖 5. PEI AAV 展示了在低 PEI 和質粒輸入下高效的病毒載體生產。AAV9 在懸浮 293F 細胞中生產，每百萬細胞的 PEI AAV（左圖，質粒輸入：0.5 µg）或質粒（右圖，PEI AAV 輸入 0.6 µL）劑量不同。病毒在轉染后 72 小時收獲。

這種新型 PEI的性能與傳統 PEI相比，在轉染效率和細胞活力方面顯示出顯著改善。修飾后的 PEI 在腺相關病毒（AAV）生產等應用中特別有優勢，更低的轉染試劑使用量以及更高的轉染復合物穩定性。通過增強轉染復合物的穩定性并改善其與細胞膜的融合能力，這種新型 PEI 配方可以滿足 AAV 生產的苛刻要求，從而實現更高的產量和更高效的基因遞送。