清华大学许华平教授团队《ACS Nano》：活细胞内超支化聚合 - 有效规避癌细胞的耐药性

2023-06-14 来源：高分子科技

细胞环境富含大量的生物大分子及活性物种，为实现细胞内的化学反应提供了机遇和挑战。因此构建一个可以在活细胞内进行化学反应的“细胞实验室” , 赋予其具有特定合成功能的“化学工程师”，对于探索细胞内的生理过程及生物诊疗有着重大的意义。然而目前所报道的均为基于活细胞内的一维聚合反应，尚未见到在细胞内进行具有拓扑结构聚合反应的研究及其对细胞生理活动的影响。

超支化聚合物，作为重要的拓扑结构聚合物，因其独特的三维球状结构和特殊的性质引起了越来越多的研究关注。考虑到超支化聚合物在生物治疗中的独特优势，如具有表面积较大的靶位点和抵抗细胞外排效应的超支化结构，清华大学许华平教授课题组报道了基于有机碲的细胞内超支化聚合，来有效规避癌细胞的耐药性。如图1所示，利用有机碲化物的超灵敏的氧化还原反应能力，开发了一种可以被活细胞内的ROS引发的超支化聚合；所获得的Te-O聚合物能够通过Te(+4)和硒蛋白之间的相互作用来抑制细胞内的抗氧化系统，从而诱导癌症细胞的选择性凋亡。同时，超支化聚合物能够在细胞内聚集成支链纳米结构，有效地规避癌细胞药物外排泵的作用，延长其在细胞内的滞留时间，从而获得持久有效的治疗效果。

图1. B3-Te介导的活细胞内超支化聚合及其在细胞内的作用。

作者合成了具有ROS响应的含碲的B3-Te单体，该单体含有三个碲原子用于氧化聚合。由于有机碲的氧化还原性质，B3-Te对ROS表现出超灵敏的反应性，并在活细胞中进行超支化聚合。如图2所示：

图2：基于B3-Te的超支化聚合物的形成

同时基于碲的超支化聚合物能够在癌细胞中聚集成支链纳米结构，可以很好地避开药物泵的外排作用，并延长细胞内的滞留时间，从而确保超支化聚合过程以获得持久的治疗效果（图3）。

图3：活细胞中超支化聚合有效规避癌细胞泵外排效应机制的研究

小结：作者报道了一种结合有机碲化物的超灵敏氧化性和细胞内氧化还原微环境，实现活细胞内超支化聚合的新方法。该超支化聚合可以选择性地发生在癌细胞中，并引起癌细胞的凋亡。此外，得到超支化聚合产物，可以在细胞内聚集成支化的纳米结构，有效地避开药物泵的外排作用，产生更高的滞留时间和持久的治疗效果。最后，体内实验证明，细胞内超支化聚合策略能够有效抑制肿瘤生长并显示出良好的生物安全性。作者相信，该方法将拓展细胞内聚合的领域，为化学家深入理解细胞内的不同化学反应与细胞行为的关系提供了新的可能。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c03512

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（责任编辑：xu）

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