自然界包含无数个组成复杂、结构精密的各类型“机器”，从大河山川到一草一木直至细胞病毒，都离不开各个元器件的协调配合进而实现能量传输等特定功能。在漫长的自然进化过程中，为适应复杂的生存环境，生命体逐渐具备感知环境变化并做出相应反应的能力。师法自然，科学技术的发展依赖并伴随着人们对于自然界探索和认知的深入，受到肌动蛋白等生物大分子的启发，以轮烷和索烃为代表的分子机器凭借其小尺寸、高效率运作、独特的自适应性、分子柔性、有机组装等特性在能量储运、材料科学、生物医药、仿生学等领域的发展中占据着日益重要的位置。分子机器的出现是化学史上的一次重大革命：借助超分子作用力对分子级别元器件的精准控制，科学家们成功制备了分子马达、分子电梯、分子车、人造肌肉、迷你芯片、分子机器人等等由分子尺度的物质构成且能行使某种加工功能实现某一特定目标行为的人工分子机器。其中，超分子大环化合物是构筑分子机器的一类重要组成单元，而新型大环化合物及其功能组装体的发展、构筑和应用研究为分子器件的未来提供了全新的思路，受到了全球科学家的广泛关注和研究。

  医疗产业与人类生产生活息息相关，特别是靶向药物递送体系和个性诊疗一体化的发展，正在为解决人们日益丰富且增长的医疗要求过程中发挥着关键作用。基于模块化组装策略构筑的动态可逆超分子纳米阀门巧妙地实现了肿瘤微环境和多重外界刺激调控的智能靶向给药，将定向、定时、定量的安全精准的高效給药治疗逐渐变为可能。

  近日，吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授团队在Cell旗下材料学旗舰期刊Matter上发表了题为“Stimuli-Responsive Drug Delivery Systems Based on Supramolecular Nanovalves”的综述文章，详细介绍了基于广义超分子纳米阀门调控的杂化给药体系在多模式癌症治疗和抗菌等重要生物医学领域中的研究进展和应用前景，主要包括：(1) 在以介孔硅（MSNs）和金属有机骨架（MOFs）为代表的固态多孔材料表面安装有基于准轮烷基超分子阀门的有机-无机杂化药物控释系统；(2) 基于两亲性超分子主客体复合物自组装形成的新型载药超分子囊泡；(3) 其他代表性超分子作用力调控的可控靶向释药体系，如超分子聚合物纳米粒子等。特定的功能基元可通过非共价键作用力以间接、可逆的分子离子识别形式结合成为复杂有序的超分子组装体，并且可以在外界环境条件变化时（如pH、阴阳离子、温度、光、磁场、氧化还原、竞争刺激等单一或多种条件刺激下）发生可逆的组装与解组装。利用超分子组装体这种特殊刺激响应性，科学家们有针对性地构筑出智能超分子靶向给药平台，大大降低了药物的前释放并增加了药物治疗过程的可控性和安全性，为未来的超分子诊疗和治疗方法学的发展开拓了新的可能性。

  作者首先介绍了安装有准轮烷基超分子纳米阀门的MSNs和MOFs固态多孔载体类有机-无机杂化多功能靶向给药系统，可实现在特定病理环境下的可控释药并提高了治疗效率。MSNs和MOFs是研究最为广泛的两类代表性硬质药物载体，其中，MSNs凭借其自身优异的性能（例如：极低的细胞毒性、规则可调的孔道结构、尺寸形貌可控性、良好的稳定性和表面易于修饰等）加之良好的抗微生物侵蚀能力以及刚性的骨架结构可以有效地防止包封的药物分子在酶作用下发生降解或者在复杂的生理条件下发生变性，而成为最早被研究的无机载体。安装于其表面孔道周围的、通过超分子大环芳烃和客体基元之间特异性主客体作用形成的准轮烷可作为超分子纳米阀门，在模拟的以及真实的肿瘤微环境下，对多种内源和外在刺激进行响应，实现靶向的药物控制释放。该类超分子给药体系通常表现出极低的药物前释放和良好的多重刺激响应性，在肿瘤抑制和癌症治疗上展现出巨大的应用前景。

  MOFs作为一种新型的由金属离子/离子簇连接有机配体而成的杂化多孔材料自被合成以来就受到科研工作者的广泛关注。截止目前MOFs基材料从载药体系到多功能多模态癌症治疗领域中的可行性已经被初步证实，凭借优异的孔道结构、高比表面积、功能的多样性以及逐步改善的生物相容性，各类基于不同MOFs材料的复合结构如聚合物包覆的MOFs、磁性壳核MOFs、其他壳核结构的MOFs以及其他基于MOFs的多功能诊疗体系在疾病可控治疗中已经初步建立并逐步发展。这类材料为解决癌症治疗中的不可控性开辟了新的途径，成为极具发展前景的杂化材料之一。

  随着研究的深入和超分子组装体形式的多样化发展，基于主客体识别的两亲性超分子结构在特定条件下自发组装形成的超分子囊泡、以及其他各类受超分子作用力调控形成的组装体如聚合物纳米粒子等广义超分子纳米阀门系统被相继研究并报道。这类新兴的药物递送系统结合了超分子作用力的可逆性、超分子囊泡独特的空腔结构和其他组装体丰富的药物分子识别位点，在药物装载量、刺激响应性释放、生物相容性等方面性能优良；特别是结合了病理环境的复杂性，在疾病治疗中表现出可观的实验结果。这种丰富多样化的诊疗平台为药物运输和癌症治疗等生物技术的发展提供了全新的思路和解决策略。

  综上所述，智能超分子门控的靶向药物递送体系突破了传统化学药物治疗的局限，在一定程度上减少了传统化疗在癌症治疗上对健康组织带来的损伤，有望满足日益增长的医疗需求。尽管如此，在应对复杂的病理环境，超分子纳米阀门类靶向给药体系的性能优化依然成为临床治疗发展的重中之重，关于载药体系生物稳定性、安全性、体内分布和代谢途径等等的系统研究迫在眉睫，而考察和评价其在不同层面的作用和治疗效果并逐步走向临床尚需时日。该综述论文总结了近年来以靶向可控药物递送为目标的超分子门控技术的最新研究进展，以期更多的科研工作者和临床工作者参与其中，共同为超分子癌症诊疗体系在生物医药领域的进一步发展开辟新的道路。

  这一成果近期发表在Matter上，文章的第一作者是吉林大学化学学院本硕博连读研究生李政。

  文章信息：Li, Z.; Song, N.; Yang, Y.-W.* Stimuli-Responsive Drug Delivery Systems Based on Supramolecular Nanovalves. Matter 2019, 1, 345–368. DOI: 10.1016/j.matt.2019.05.019.

  文章链接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.019