共軛聚合物設計與生物醫藥研究獲進展

圖1 基於陽離子共軛聚合物的新型螢光共振能量轉移技術原理以及結腸癌相關基因甲基化水平分析結果

圖2  化學分子激活的的光動力治療新模式原理圖與抗腫瘤活性結果

 圖3 多功能聚合物-藥物二元體與細胞內的特異蛋白識別與活性調控原理圖

 

共軛聚合物具有較強的光捕獲能力，可用來放大螢光傳感信號，在疾病診斷以及生物檢測等方面發揮了越來越重要的作用。近幾年來共軛聚合物在細胞與動物水平的螢光成像以及生物醫學領域的應用也獲得了高度關注。在國家自然科學基金委以及科技部的資助下，中國科學院化學研究所有機固體重點實驗室的科研人員在共軛聚合物設計與生物醫藥應用領域取得系列新進展。

 

癌症相關基因啟動子上甲基化的變化是癌症早期診斷的一種有潛力的生物標記。相比於單甲基化變化，積累分析多個啟動子甲基化水平有望提高癌症檢測的精確度和靈敏度。他們與解放軍總醫院第一附屬醫院的相關人員合作，利用基於陽離子共軛聚合物的新型螢光共振能量轉移技術，分析了結腸癌七種相關基因的DNA甲基化水平。通過逐步判別分析和累積檢測分析，獲得了較高精確度和靈敏度的結腸癌檢測結果與鑑別診斷結果。結合啟動子甲基化變化的累積分析與陽離子共軛聚合物的螢光共振能量轉移，該技術有望用於結腸癌的篩查和鑑別診斷，相關研究結果發表在Nature Communications 2012, 3：1206。

 

該工作發表後，Nature Reviews Clinical Oncology (2013, 10, 3)雜誌以Research Highlights形式發表了題為The help of epigenetics in differential diagnosis的專門評述。他們還設計、合成了具有不同主鏈以及側鏈結構的水溶性螢光共軛聚合物，獲得了紅綠蘭三基色聚合物體系。通過調控不同螢光顏色聚合物在同一個因工程改造的微生物模板上的自組裝，獲得了單一激發波長下多色發射的共軛聚合物微納粒子。通過螢光光譜、螢光顯微鏡以及流式細胞儀等技術對多色編碼聚合物微納粒子在細胞成像以及細胞編碼方面的應用進行了研究，該研究結果發表在Adv. Mater. 2012, 24, 637-641上。研究人員還設計、合成了新型陽離子支狀側鏈聚芴分子，該分子可作為高效基因轉染材料，同時還具有螢光成像功能。該轉染材料可有效地保護DNA不被核酸酶水解，綠色螢光蛋白質粒轉染實驗表明其轉染效率為92％，與商業化的轉染劑脂質體2000（lipo2000）和聚乙烯亞胺（PEI）相當，可用於基因轉染的實時跟蹤與定位，該研究結果發表在Adv. Mater. 2012, 24, 5428-5432上。

 

光動力療法（PDT）作為新的疾病治療方式已經應用於臨床，但該方法依賴於外界光源的照射。研究人員設計發展了新模式的光動力治療體系，不需要外界光照射，利用化學分子激活產生活性氧的原理，實現了對腫瘤與微生物感染的有效抑制。該體系中魯米諾分子在過氧化物氧化酶以及雙氧水存在下產生的生物發光通過能量轉移（BRET）過程可以高效轉移到陽離子寡聚對苯撐乙烯分子（OPV）上，激發態的OPV分子敏化周圍環境的氧氣分子產生活性氧（ROS），繼而殺死相鄰的腫瘤細胞與病原微生物。該體系可克服經典光動力療法中光源不能透過深部組織的缺點，為設計新模式的光動力治療體系提供了新思路，研究結果發表在J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13184-13187上。大多數分子靶向抗腫瘤體系依靠抗體進行細胞表面靶向識別，由於不能進入細胞使得該體系不能對細胞內的蛋白進行識別。為此他們設計併合成了多功能聚合物-藥物（聚噻吩-他莫昔芬）二元體系，該體系可靶向識別MCF-7癌細胞內的特異性信號蛋白（雌激素受體），在光照射下，該共軛聚合物可以敏化氧分子產生ROS並進一步失活信號蛋白，從而抑制腫瘤細胞生長。另外聚合物的螢光特性賦予該體系可同時用於細胞內的螢光成像跟蹤，研究結果發表於Scientific Reports 2012, 2: 766。

 

最近，研究人員在美國化學會期刊《化學評論》（Chem. Rev. 2012, 112, 4687-4735）發表了綜述文章，重點介紹了近五年來共軛聚合物在螢光成像，疾病診斷和治療領域的重要進展，並對該領域的未來發展方向以及存在的挑戰與機遇進行了展望。 （來源：中科院化學研究所）

 

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