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研究生:林皓譽
研究生(外文):Hau-yu Lin
論文名稱:利用纖維雙糖形成兩性分子進行基因傳遞
論文名稱(外文):Synthesis of amphipathic polymer by using cellobiose for gene delivery
指導教授:曾文祺曾文祺引用關係
指導教授(外文):Wen-Chi Tseng
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:化學工程系
學門:工程學門
學類:化學工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:纖維雙糖基因傳遞兩性分子
外文關鍵詞:cellobiosegene deliveryamphipathic polymer
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有鑒於非病毒載體系統中,使用微脂粒或陽離子型高分子為基因載體,可避免病毒型載體所遭遇到的安全性及免疫性考量。因此,本研究選用親水性高、穩定不會快速分解且生物相容性高的纖維二糖(Cellobiose)及具有疏水性且生物相容性高的12胺基十二烷酸(12-aminododecanoic acid),鍵結形成一個具有胜肽鍵(Peptide)及親疏水端性質的兩性分子。以此兩性分子作為基因傳遞載體的基礎,期望達到易於被生物所降解並達到傳遞基因的目的。
使用三種不同的材料spermine、spermidine及N-[N'-(tert- butoxy carbonyl)-3-aminopropyl]-N,N-dimethyl-3-aminopropylammonium carbonate (TADAC)分別與N-succinyl -(N'-12-aminododecanoyl)cell- obiosylamido acid (CA-ADA acid)進行合成反應,形成兩性分子。利用濃度為0.5 μg/μl的DNA進行質體核酸膠體電泳測試,測試其是否有包裹DNA的能力。另一方面,調整不同N/P值測試具包裹能力的載體,找出具包裹能力的載體最佳的N/P值。
對於三種兩性分子而言,唯CA-ADA-A-BA包裹DNA效果較為明顯,但是卻不能完全的包裹DNA。然而,有趣的是當作對照組的(N-12-aminododecanoyl) N,N'-bis (3-aminopropyl) butane-1-amino-4- amide (ADA-BA)卻被DNA所包覆著。
本研究發現使用CA-ADA acid為基礎所形成的兩性分子,並不能擁有完全包裹DNA的能力。當去除纖維二糖的部份後,卻能產生較佳包裹DNA的效果,其可能原因可能是纖維二糖對兩性分子所造成的立體障礙所致。因此,未來載體的設計應該朝向將立體障礙減小、兩性分子的電性提高或者將碳鏈加長的方向進行改進,以找出最佳的載體設計。
In non-viral vector system, avoided safety and immunity viral vector of viral vector which used liposomes and cationic polymer to be a vector of gene. Hydrophilic highly, stable and biocompatible hightly cellobiose and hydrophobic and biocompatible hightly 12-aminododecanoic acid were formed an amphipathic polymer. Amphipathic polymer were used as major DNA carrier.
At first, there were three materials for synthesis formed an amphipathic polymer .We used DNA of 0.5 μg/μl to do DNA electrophoresis, and investigated how the ability of the carrier bound DNA. And then, we researched the different N/P ratio of materials, and compared the ability of binding DNA with each other.
As to three kinds of amphipathic polymer, it was obvious that carrier bound DNA for CA-ADA-A-BA. But it could not bind DNA completely. However, it was interesting in ADA-BA.ADA-BA could be bound by DNA.
In this study, we used CA-ADA acid to be formed amphipathic polymer. And then, it could not bind DNA completely. After removing this molecule of cellobiose, it had batter binding effective than CA-ADA-A-BA. In future, we should design higher electric charge of hydrophilic and hydrophilic molecule or longer carbonic chain to achieve optimal design.
目錄
中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
縮寫表 XII
第一章 簡介 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
第二章 文獻回顧 4
2.1 基因治療及載體系統 4
2.2 病毒載體系統 5
2.2-1 反轉錄病毒載體 6
2.2-2 人類反轉錄病毒載體 6
2.2-3 腺病毒載體 6
2.2-4 腺相關病毒載體 8
2.2-5 皰疹病毒載體 8
2.3 非病毒載體系統 9
2.3-1 直接DNA注射肌肉 10
2.3-2 基因槍或電穿孔法 11
2.3-3 陽性微脂粒 12
2.3-4 高分子、共聚合物與兩性分子載體 13
2.4 聚乙烯亞胺(Polyethylenimine)的性質 15
2.4-1 不同型態的聚乙烯亞胺對於細胞轉染效率的影響 15
2.4-2 不同電荷比(N/P值)對細胞轉染效率的影響 16
2.4-3 不同分子量的聚乙烯亞胺對細胞轉染效率的影響 17
2.5 高分子載體對動物細胞的轉染機制 18
2.6 質體核酸膠體電泳分析(DNA electrophersis) 19
2.6-1 膠體電泳的解析力 20
2.6-2 影響電泳的因素 20
2.6-3 電泳結果的鑑定 21
第三章 實驗原理及方法 24
3.1 材料部份 24
3.1-1 纖維二糖(Cellobiose)的性質 24
3.1-2 12胺基十二烷酸(12-aminododecanoic acid)的性質 24
3.1-3 精胺(Spermine)的性質 25
3.1-4 亞精胺(Spermidine)的性質 25
3.2 分析部份 27
3.2-1 質體核酸膠體電泳 28
3.3 實驗藥品 29
3.4 實驗儀器 32
3.5 實驗方法 33
3.5-1 製備及純化質體核酸pEGFP-C1 33
3.5-2 製備兩性分子載體 34
3.5-2-1 合成D(+)cellobiosylamine 34
3.5-2-2 合成ADA-BOC 35
3.5-2-3 合成CA-ADA-BOC 36
3.5-2-4 CA-ADA-BOC的去保護基反應 37
3.5-2-5 合成CA-ADA acid 38
3.5-2-6 合成BTP 39
3.5-2-7 合成DTP 39
3.5-2-8 合成TADAC 40
3.5-2-9 CA-ADA acid與TADAC的合成反應 41
3.5-2-10 CA-ADA acid與Spermine的合成反應 42
3.5-2-11 CA-ADA acid與Spermidine的合成反應 43
3.5-2-12 ADA-BOC與TADAC的合成反應 45
3.5-2-13 ADA-BOC- TADAC的去保護基反應 46
3.5-2-14 ADA-BOC與Spermine的合成反應 47
3.5-2-15 ADA-BOC-BA的去保護基反應 48
3.5-2-16 ADA-BOC與Spermidine的合成反應 49
3.5-2-17 ADA-BOC-AB的去保護基反應 50
第四章 結果與討論 53
4.1 合成部份結果分析 53
4.2 三種材料形成載體後與DNA形成複合物後的電泳分析 60
第五章 結論 61
參考文獻 62
附錄B 66
附錄C 74
附錄D 81

表目錄
表1 適用於基因治療的一些遺傳性疾病 4
表2 非病毒載體的性質比較 9
表3 實驗藥品一覽表 29
表4 實驗儀器一覽表 32
表5 緩衝液組成表 34

圖目錄
圖A.1 直線型與支鏈型的聚乙烯亞胺結構圖 16
圖A.2 五種聚乙烯亞胺分子對細胞的轉染效率 17
圖A.3 高分子載體的基因傳遞機制 18
圖A.4 流式細胞儀的光學系統內部示意圖 23
圖A.5 纖維二醣的結構圖 24
圖A.6 12胺基十二烷酸的結構圖 25
圖A.7 精胺的結構圖 25
圖A.8 亞精胺的結構圖 26
圖A.9 TNBS與一級胺的反應圖 28
圖A.10 合成cellobiosylamine的反應路徑 35
圖A.11 合成ADA-BOC的反應路徑 36
圖A.12 合成CA-ADA-BOC的反應路徑 37
圖A.13 合成CA-ADA的反應路徑 38
圖A.14 合成CA-ADA acid的反應路徑 39
圖A.15 合成BTP的反應路徑 39
圖A.16 合成DTP的反應路徑 40
圖A.17 合成TADAC的反應路徑 41
圖A.18 合成CA-ADA-A-TADAC的反應路徑 42
圖A.19 合成CA-ADA-A-BA的反應路徑 42
圖A.20 合成CA-ADA-A-AB的反應路徑 44
圖A.21 合成ADA-BOC-TADAC的反應路徑 46
圖A.22 合成ADA-TADAC的反應路徑 47
圖A.23 合成ADA-BOC-BA的反應路徑 48
圖A.24 合成ADA-BA的反應路徑 49
圖A.25 合成ADA-BOC-AB的反應路徑 50
圖A.26 合成ADA-AB的反應路徑 51
圖B.1 合成cellobiosylamine的TLC測試 66
圖B.2 合成BOC-ADA的反應TLC測試 66
圖B.3 合成CA-ADA-BOC反應的TLC測試 67
圖B.4 合成CA-ADA反應的TLC測試 67
圖B.5 合成CA-ADA acid的反應TLC測試 68
圖B.6 純化CA-ADA acid的TLC測試 68
圖B.7 純化TADAC後的TLC測試(第1~10管) 69
圖B.8 純化TADAC後的TLC測試(第11~20管) 69
圖B.9 純化TADAC後的TLC測試(第21~10管) 69
圖B.10 TADAC純化前後的TLC比較 70
圖B.11 合成CA-ADA-A-TADAC的TLC測試 70
圖B.12 合成CA-ADA-A-BA的TLC測試 71
圖B.13 合成CA-ADA-A-AB的TLC測試 71
圖B.14 合成ADA-TADAC的TLC測試 72
圖B.15 合成ADA-BA的TLC測試 72
圖B.16 合成ADA-AB的TLC測試 73
圖C.1 Cellobiose於D2O,500MHz的H-NMR 80
圖C.2 Cellobiosylamine於D2O,500MHz的H-NMR 74
圖C.3 BOC-ADA於CDCl3,500MHz的H-NMR 75
圖C.4 CA-ADA-BOC於D2O,500MHz的H-NMR 76
圖C.5 CA-ADA於D2O,500MHz的H-NMR 77
圖C.6 CA-ADA acid於D2O,500MHz的H-NMR 78
圖C.7 TADAC於CD3OD,500MHz的H-NMR 79
圖D.1 CA-ADA-A-TADAC於不同N/P值下的電泳分析 81
圖D.2 CA-ADA-A-BA於不同N/P值下的電泳分析 81
圖D.3 CA-ADA-A-AB於不同N/P值下的電泳分析 82
圖D.4 N/P = 30下,CA-ADA acid接上三種材料的電泳分析 82
圖D.5 TADAC於不同N/P值下的電泳分析 83
圖D.6 Spermine於不同N/P值下的電泳分析 83
圖D.7 Spermidine於不同N/P值下的電泳分析 84
圖D.8 ADA-TADAC於不同N/P值下的電泳分析 84
圖D.9 ADA-BA於不同N/P值下的電泳分析 85
圖D.10 ADA-AB於不同N/P值下的電泳分析 85
圖D.11 N/P = 30下,TADAC、ADA-TADAC及CA-ADA-A-TADAC電泳分析的比較 86
圖D.12 N/P = 30下,Spermine、ADA-BA及CA-ADA-A-BA 電泳分析的比較 86
圖D.13 N/P = 30下,Spermidine、ADA-AB及CA-ADA-A-AB 電泳分析的比較 87
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