朱俊傑課題組在可編程聚合物庫及生物邏輯運算的研究中取得重要進展

2020-11-26 澎湃新聞

朱俊傑課題組在可編程聚合物庫及生物邏輯運算的研究中取得重要進展

2020-03-21 13:00 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務

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國際權威期刊Nature Chemistry 於3月9號在線發表了南京大學朱俊傑教授課題組，西安交通大學徐鋒教授課題組，湖南大學譚蔚泓院士課題組等單位的合作研究成果《A programmable polymer library that enables the construction of stimuli-responsive nanocarriers containing logic gates》。

腫瘤微環境與腫瘤的發生、發展、轉移、耐藥息息相關，是腫瘤診斷和預後的重要標誌物，也是重要的治療靶點。但腫瘤微環境在疾病發展、治療過程中動態變化，且個體之間存在顯著差異，因而單一響應的生物材料在臨床治療中難以實現對腫瘤的精準響應。

生物邏輯運算是生物體行使複雜調控功能的重要手段，也是近年來合成生物學、幹細胞分化、組織工程等領域的研究熱點。DNA和蛋白常被用來構建邏輯迴路，但其穩定性差、跨膜運輸難、合成成本高的缺點限制了其應用。

人工合成的生物可降解材料成本低，易於推廣轉化，目前已開發了多種環境響應的智能材料，但是由於不同響應元件化學結構和反應活性的不同，很難對響應元件進行靈活組裝。

因此，亟需發展一種「即插即用」的可編程工具，用於智能材料的設計和組裝，實現複雜腫瘤微環境的靈敏響應和精準調控。

針對這一難題，三個課題組合作開發了一類新型的可編程化學工具：環境響應分子砌塊庫，用於構建具有邏輯門的智能聚合物和納米載體，通過生物邏輯運算，實現了腫瘤內多種藥物的分層釋放，提高了腫瘤治療的精準性。

為了克服環境響應化學鍵的結構和性質異質性，研究者基於「自降解化學」設計了7種結構相似、反應活性相同、響應不同刺激源的分子砌塊，合成了一系列可編程聚合物，並進一步組裝成具有「YES」、「AND」、「OR」等邏輯門的納米藥物載體，實現了多種治療試劑的共載。

研究者選取腫瘤細胞內過表達的H2O2和GSH為輸入信號，進行生物邏輯運算，在小鼠體內實現了激酶抑制劑、順鉑藥物和siRNA的共同遞送和分層精準釋放。同時，利用生物信息學對腫瘤細胞庫（CCLE）中基因和代謝物圖譜進行分析，篩選出在HepG2細胞中同時過表達鹼性磷酸酶和酯酶，並以此為輸入信號進行小鼠活體腫瘤內的生物邏輯運算，有效地提高了腫瘤抑制效果，降低了副作用，為腫瘤的個性化治療提供了「疾病標誌物篩選-可編程材料設計-腫瘤反饋治療」的新思路。

文章連結：

https://www.nature.com/articles/s41557-020-0426-3

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論文的第一作者為西安交通大學副教授張鵬暉博士（南京大學2015年博士畢業生）、南京大學2019級博士生高迪同學和西安交通大學博士生安克莉同學。朱俊傑教授、徐峰教授、譚蔚泓院士為該論文的共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金、生命分析化學國家重點實驗室開放基金，南京大學卓越計劃等項目的支持。

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原標題：《朱俊傑課題組在可編程聚合物庫及生物邏輯運算的研究中取得重要進展》

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