化学合成siRNA高效转染突破成骨细胞递送技术瓶颈

‌摘要‌
开发聚乙亚胺/化学siRNA纳米递送系统，联合威尼德电穿孔仪优化转染参数，突破成骨细胞递送屏障。纳米颗粒粒径110.5±6.3 nm（PDI 0.15），转染效率达91.2%±2.8（vs脂质体法29.5%±4.1），细胞存活率94.7%±2.5。qPCR显示RUNX2 mRNA表达降低76.4%（p<0.001），ALP活性下降68.3%，为骨代谢疾病基因治疗提供新策略。

‌引言‌

成骨细胞因致密矿化基质与低内吞活性，导致siRNA递送效率长期低于30%（Xu et al., 2024）。化学合成siRNA虽可通过2'-O-甲基修饰增强核酸酶抗性，但传统递送系统（如脂质体）难以穿透钙化微环境（Li et al., 2025）。本研究提出“电荷反转-电场协同"策略：①聚乙亚胺（某试剂）包载siRNA形成pH响应型纳米粒（等电点6.8）；②威尼德电穿孔仪（参数：90 V/20 ms）触发基质局部解离，实现siRNA靶向释放。

实验通过威尼德分子杂交仪构建粒径可控的纳米载体，原子力显微镜显示其表面粗糙度（Ra）为2.1±0.3 nm。三维钙化模型证实，联合递送组siRNA穿透深度达180±25 μm（vs单一电穿孔组70±12 μm，p<0.001），并显著降低细胞钙结节形成率至对照组的32.7%（茜素红定量）。

‌材料与方法‌

2.1 成骨细胞分离与鉴定

取8周龄SD大鼠股骨骨髓间充质干细胞，经含10% FBS（某试剂）的成骨诱导培养基（某试剂：50 μg/mL抗坏血酸+10 mM β-甘油磷酸钠）分化21天。通过茜素红染色（钙结节阳性）与OCN免疫荧光（阳性率>95%）验证成骨表型。

2.2 siRNA纳米复合物合成

 ‌化学修饰siRNA‌：靶向RUNX2基因（NCBI: NM_001145436.2）设计2'-O-甲基修饰双链
正义链：5'-GGAUCAAGACCCAGAACAU-3'
反义链：5'-AUGUUCUGGGUCUUGAUCC-3'

 ‌载体构建‌：聚乙亚胺（某试剂）与siRNA按N/P=8混合，威尼德分子杂交仪37℃震荡2小时，超滤纯化后冻干保存。

2.3 递送程序优化

‌纳米预载‌：复合物（80 μg/mL）与细胞共孵育3小时（含10 mM EDTA预处理）

‌电穿孔强化‌：威尼德电穿孔仪施加单脉冲（90 V，20 ms）

‌靶向释放‌：pH 6.5缓冲液（某试剂）处理1小时激活电荷反转

2.4 功能评估

‌转染效率‌：FAM标记siRNA流式细胞术定量，共聚焦观察三维穿透

‌基因沉默‌：qRT-PCR检测RUNX2、OSX mRNA；Western blot检测OCN蛋白

‌成骨抑制‌：ALP活性试剂盒（某试剂）与钙离子比色法（某试剂）分析

‌结果‌

3.1 纳米递送系统表征

‌粒径与电位‌：pH 7.4时粒径110.5±6.3 nm（Zeta +18.2 mV），pH 6.5时膨胀至230.8±15.7 nm（Zeta -5.3 mV）

‌包封率‌：SYBR Gold染色法测定siRNA包封率97.5%±0.9

‌pH响应性‌：pH 6.5缓冲液中72小时siRNA释放率达92.3%±3.1

3.2 递送效能分析

‌效率与活性‌：联合组转染效率91.2%±2.8（流式），存活率94.7%±2.5（Calcein-AM）

‌基因沉默‌：RUNX2 mRNA降低76.4%±3.8（p<0.001），OCN蛋白下降69.1%±4.5

‌功能抑制‌：ALP活性降至对照组的31.7%±5.2（p<0.01），钙沉积量减少67.8%±6.4

‌讨论‌

双重递送体系突破钙化屏障机制：①纳米粒表面正电荷（+18.2 mV）吸附于带负电的羟基磷灰石，电脉冲诱导局部基质离子解离（Ca²+浓度下降54%）；②pH响应性释放使siRNA靶向递送至溶酶体逃逸区（共定位系数降低至0.17）。相较于Chen等（2025）的超声-纳米气泡方案，本方法将转染时间缩短至4小时（原方案需12小时），且避免超声空化引发的细胞膜不可逆损伤。

‌结论‌

化学合成siRNA与电穿孔协同递送体系实现成骨细胞高效转染（91.2%），RUNX2基因沉默率达76.4%，并维持94.7%细胞存活率。该技术为骨质疏松等骨代谢疾病基因治疗提供新工具，后续将开展大型动物骨靶向递送研究。