刺激響應(yīng)材料在過去的幾十年中引起了極大關(guān)注。已經(jīng)有多種基于內(nèi)源和外源性刺激的高分子藥物載體被設(shè)計出來。其中，對于pH、氧化還原和酶等生理內(nèi)源性刺激源具有響應(yīng)能力的高分子納米體系在藥物和基因遞送等方面具有較高的應(yīng)用價值，成為近年來材料學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和藥學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。然而，這些生物響應(yīng)型高分子材料在生物體內(nèi)的應(yīng)用效果面臨諸多挑戰(zhàn)。首先，內(nèi)源性刺激源在不同個體、組織器官中呈異質(zhì)分布，并隨著病情的發(fā)展而不斷變化，導(dǎo)致刺激響應(yīng)的特異性不理想。其次，由于生物體的復(fù)雜性，不同細(xì)胞和細(xì)胞器中的刺激因子水平不平衡且始終處于動態(tài)變化的狀態(tài)。此外，生物響應(yīng)型材料體系與機體的持續(xù)反應(yīng)可能會進(jìn)一步消耗刺激源，從而導(dǎo)致響應(yīng)效率下降。更重要的是，大多數(shù)刺激響應(yīng)高分子納米材料的敏感基團(tuán)位于其疏水內(nèi)核或被保護(hù)外殼屏蔽起來，給水分子、谷胱甘肽（GSH）、酶和其它生物大分子的攻擊帶來位阻障礙。因此，設(shè)計新穎的智能材料來克服刺激響應(yīng)的時空障礙具有重要的意義。
近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院丁明明教授、傅強教授和譚鴻教授設(shè)計了一種光還原自降解高分子材料（PRSRP），將刺激源和還原敏感基團(tuán)共同“關(guān)進(jìn)”高分子“籠子”里，并使用光敏感基團(tuán)“鎖”住刺激源。該光還原自降解高分子材料在病灶生理環(huán)境中能夠響應(yīng)細(xì)胞內(nèi)水平的谷胱甘肽實現(xiàn)主鏈的斷裂。而在缺乏還原劑的情況下，該聚合物可以通過光照原位“解鎖”還原基團(tuán)，實現(xiàn)主鏈的還原自降解，從而克服刺激響應(yīng)的時空障礙，提高了刺激敏感聚合物的響應(yīng)速率（圖1）。
為了實現(xiàn)該策略，研究團(tuán)隊首先合成了不同分子量的兩親性PRSRP，發(fā)現(xiàn)其在水溶液中通過多級自組裝形成層狀的囊泡結(jié)構(gòu)（圖1）。使用原位FTIR、1H NMR、GPC和MS等手段研究其光還原自降解的機理和產(chǎn)物。利用UV-Vis吸收光譜研究PRSRP的降解動力學(xué)，發(fā)現(xiàn)聚合物自組裝體比溶液具有更快的降解速度。利用熒光藥物模型證明該PRSRP自組裝體相比傳統(tǒng)的光敏感和還原響應(yīng)高分子具有更高效的藥物控釋性能（圖2）。
進(jìn)一步研究了PRSRP在細(xì)胞內(nèi)藥物遞送方面的潛力，發(fā)現(xiàn)PRSRP能夠攜帶抗癌藥物阿霉素高效進(jìn)入腫瘤細(xì)胞，同時保持自組裝結(jié)構(gòu)完整。在光照條件下，該納米載體在細(xì)胞內(nèi)表現(xiàn)出超敏響應(yīng)和快速釋藥性能，將半抑制濃度降低4倍以上。此外，PRSRP具有良好的細(xì)胞相容性，而且能夠光還原降解成易于被機體代謝和清除的小分子物質(zhì)，在生物體內(nèi)具有較大的應(yīng)用前景。該研究通過分子設(shè)計克服了刺激響應(yīng)的位阻障礙、滲透障礙等問題，同時避免了傳統(tǒng)光降解高分子需要在主鏈引入復(fù)雜的光敏感基團(tuán)等局限，因而該策略易于推廣到其他材料體系，為智能響應(yīng)高分子材料的設(shè)計提供了一種新思路。
以上相關(guān)成果以“Photo-ResponsiveSelf-Reducible Polymers: Overcoming the Spatiotemporal Barriers for Hypersensitivity”為題發(fā)表在《ACS Materials Letters》期刊上。論文第一作者為四川大學(xué)碩士研究生翁闖，共同通訊作者為丁明明教授和傅強教授。該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金（51873118，21474064，51203101）、國家杰出青年科學(xué)基金（51425305）和高分子國家重點實驗室項目的資助。
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