非均相膜、非对称冠及膜冠融合高分子囊泡

发布时间：2021-01-17 23:22

　　高分子囊泡是通过自组装构筑的具有"空腔-内冠-膜层-外冠"结构的纳米材料,在药物控释、基因递送、细胞仿生、抗菌和癌症诊疗等领域具有重要的应用前景.然而,传统高分子囊泡具有对称的内外冠结构、均一且致密的疏水膜,以及相对离散的膜冠功能分区,不能充分发挥囊泡的结构优势,进而难以应对生物医用过程中所面临的种种挑战,如基因治疗中大分子的跨膜运输,癌症诊疗中对内冠诊断、外冠靶向的差异化要求,细菌感染治疗中对膜冠协同、高效抗菌的需求等.因此,我们提出并设计了非均相膜囊泡、非对称冠囊泡、膜冠融合囊泡,针对性地解决了以上3个难题,为设计、合成新结构高分子囊泡,并推动其转化应用提供了新思路.本文总结了以上3种新结构囊泡的研究进展,并提出了设计生物医用高分子囊泡的原则. 

【文章来源】：科学通报. 2020,65(24)北大核心

【文章页数】：12 页

【部分图文】：

(网络版彩色)传统高分子囊泡和新结构高分子囊泡.(a)传统高分子囊泡的结构特点及应用领域;(b)非均相膜囊泡的典型结构;(c)非对称冠囊泡的典型结构;(d)膜冠融合囊泡的典型结构

最近,在此基础上,我们又针对2型糖尿病设计、合成了含糖高分子聚环氧乙烷-聚(7-(2-甲基丙烯酰氧基乙氧基)-4-甲基香豆素-无规-3-丙烯酰胺基苯硼酸-无规-N-丙烯酰基葡萄糖胺)(PEO-b-P(CMA-stat-AAP-BA-stat-AGA))[29],其自组装形成囊泡后,CMA组分可在紫外下交联,进而诱导囊泡膜发生微相分离,形成非均相膜囊泡(第二代“糖海绵”).如图S1所示,该高分子由体循环增长模块(PEO)、紫外交联模块(CMA)以及血糖调节模块(AAPBA和AGA)构成,其中含苯硼酸嵌段(AAPBA)与含糖嵌段(AGA)及游离葡萄糖之间产生的动态结合作用赋予了该囊泡“吸糖”和“释糖”的特性.因此该囊泡可以像人工肝脏一样,实现外界葡萄糖的动态置换,具体表现为:当外界葡萄糖浓度升高时,囊泡吸入葡萄糖,并将其存储在囊泡中(宏观表现为溶胀);当外界葡萄糖浓度降低时,囊泡释放葡萄糖(宏观表现为收缩).体外实验表明,该囊泡在调控葡萄糖水平的过程中伴随着明显的粒径变化,其摄取和释放葡萄糖的临界浓度约为100 mg/dL,与正常血糖水平(70～110 mg/dL)符合.同时,由于膜上香豆素基团的交联,使得该囊泡非常稳定,在磷酸盐缓冲液(PBS)中保存6个月后粒径基本不变,且分散性良好.体内实验表明该囊泡对2型糖尿病小鼠具有良好的长效血糖调控作用,注射一次可维持正常血糖水平30 h,并在70 h内持续有效.非均相膜高分子囊泡的创新点在于,通过设计不同的功能模块,经由交联诱导微相分离,可以实现囊泡膜的功能分区,进而满足具体应用中对功能的不同要求.

基于上述策略,非对称冠囊泡可以通过不同类型的高分子自组装而成[30].如图3(b)所示,在三嵌段共聚物ABC的单一体系或两嵌段共聚物AB和BC的混合体系中,当疏水链段B足够长、亲水链段A和C之间存在较大体积差时[31],为保证囊泡处于热力学稳定态,体积较大的链段A更倾向于分布在囊泡外部形成外冠,体积较小的链段C则在囊泡内部形成内冠,而疏水的链段B在界面聚集形成膜层,这样就形成了典型的非对称冠囊泡.由于两种亲水链段具有不同的化学结构,因此可以针对性地对内冠和外冠进行修饰,从而实现内外冠功能分区,满足应用需求.非对称冠囊泡可以由三嵌段或者多嵌段共聚物自组装、两嵌段共聚物共组装、乳液法制备而成.


本文编号：2983791