蔣錫群教授/武偉教授《Nano Today》：在環(huán)形聚合物分子刷的合成和生物性能研究方面取得新進展
環(huán)形聚合物是一類環(huán)狀無端基的高分子材料，具有多種不同于線形聚合物的物理化學性質(zhì)。但目前已報導(dǎo)的環(huán)形聚合物大多具有較高的柔性，環(huán)形分子鏈呈高度卷曲的狀態(tài)，因此它們所表現(xiàn)出來的性能并不能直接歸因于環(huán)狀的形貌結(jié)構(gòu)。聚合物分子刷（cylindrical polymer brushes, CPBs）是一類高度接枝的具有刷形拓撲結(jié)構(gòu)的高分子材料，其密集側(cè)鏈之間的擁擠效應(yīng)使主鏈呈伸展狀態(tài)并具有一定的剛性，賦予CPBs獨特的一維蠕蟲狀納米結(jié)構(gòu)。正是由于這種高密度的側(cè)鏈，使得主鏈為環(huán)形的CPBs能夠在各種介質(zhì)中保持其環(huán)狀形貌，其性能也與柔性的環(huán)形聚合物有顯著不同。到目前為止研究環(huán)形CPBs的工作仍十分有限，其生物性能幾乎一無所知。
針對上述問題，南京大學蔣錫群教授/武偉教授團隊設(shè)計合成了化學結(jié)構(gòu)和展開長度相近的環(huán)形和線形CPBs，并以線形CPBs（l-CPBs）作為參比首次研究了環(huán)形CPBs（c-CPBs）的體外和體內(nèi)生物性能，獲得了準確的環(huán)形和線形結(jié)構(gòu)對生物性能的影響規(guī)律。研究人員分別通過擴環(huán)易位聚合（REMP）和開環(huán)易位聚合（ROMP）制備了分子量相近的環(huán)形和線形聚合物主鏈，后以grafting onto的策略制備了環(huán)形和線形CPBs。分別研究了兩種CPBs在細胞攝取、血液循環(huán)時間、組織分布、腫瘤富集和滲透等方面的異同，并首次發(fā)現(xiàn)環(huán)形聚合物比線形聚合物更容易吸附蛋白這一獨特性質(zhì)。這一發(fā)現(xiàn)很好地解釋了如下實驗結(jié)果：與l-CPBs相比，雖然c-CPB在不同細胞系包括巨噬細胞中的攝取更低，但c-CPBs的血液循環(huán)時間卻相對較短，同時肝和脾的攝取較高。除此之外，雖然c-CPBs的結(jié)構(gòu)特性使其在腫瘤組織中的滲透性能比l-CPBs低，但c-CPBs仍具有出色的被動靶向能力，單次靜脈注射后在腫瘤中的富集量可達8.2% ID/g。該項研究有助于更加全面深入地理解環(huán)狀聚合物的生物性能，對生物醫(yī)用材料的設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
圖一c-CPBs和l-CPBs的合成路線
圖二（A）c-CPBs和l-CPBs的AFM照片（B）c-CPBs和l-CPBs在不同細胞中的攝取行為（C）c-CPBs和l-CPBs在3D多細胞球中的滲透性能
圖三（A）c-CPBs和l-CPBs在不同介質(zhì)中的蛋白吸附行為（B）c-CPBs和l-CPBs在H22荷瘤小鼠中的體內(nèi)分布
上述相關(guān)成果已以“The in vitro and in vivo properties of ringlike polymer brushes”為題發(fā)表在Nano Today（DOI: 10.1016/j.nantod.2021.101293）。南京大學博士生尹長鋒為該工作的第一作者，蔣錫群教授/武偉教授為通訊作者。該論文得到了國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013221002188
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