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  自然界包含無數(shù)個組成復(fù)雜、結(jié)構(gòu)精密的各類型“機器”，從大河山川到一草一木直至細胞病毒，都離不開各個元器件的協(xié)調(diào)配合進而實現(xiàn)能量傳輸?shù)忍囟üδ堋Ｔ诼L的自然進化過程中，為適應(yīng)復(fù)雜的生存環(huán)境，生命體逐漸具備感知環(huán)境變化并做出相應(yīng)反應(yīng)的能力。師法自然，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展依賴并伴隨著人們對于自然界探索和認知的深入，受到肌動蛋白等生物大分子的啟發(fā)，以輪烷和索烴為代表的分子機器憑借其小尺寸、高效率運作、獨特的自適應(yīng)性、分子柔性、有機組裝等特性在能量儲運、材料科學(xué)、生物醫(yī)藥、仿生學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展中占據(jù)著日益重要的位置。分子機器的出現(xiàn)是化學(xué)史上的一次重大革命：借助超分子作用力對分子級別元器件的精準控制，科學(xué)家們成功制備了分子馬達、分子電梯、分子車、人造肌肉、迷你芯片、分子機器人等等由分子尺度的物質(zhì)構(gòu)成且能行使某種加工功能實現(xiàn)某一特定目標行為的人工分子機器。其中，超分子大環(huán)化合物是構(gòu)筑分子機器的一類重要組成單元，而新型大環(huán)化合物及其功能組裝體的發(fā)展、構(gòu)筑和應(yīng)用研究為分子器件的未來提供了全新的思路，受到了全球科學(xué)家的廣泛關(guān)注和研究。

  醫(yī)療產(chǎn)業(yè)與人類生產(chǎn)生活息息相關(guān)，特別是靶向藥物遞送體系和個性診療一體化的發(fā)展，正在為解決人們?nèi)找尕S富且增長的醫(yī)療要求過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。基于模塊化組裝策略構(gòu)筑的動態(tài)可逆超分子納米閥門巧妙地實現(xiàn)了腫瘤微環(huán)境和多重外界刺激調(diào)控的智能靶向給藥，將定向、定時、定量的安全精準的高效給藥治療逐漸變?yōu)榭赡堋?

  近日，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、納微構(gòu)筑化學(xué)國際合作聯(lián)合實驗室楊英威教授團隊在Cell旗下材料學(xué)旗艦期刊Matter上發(fā)表了題為“Stimuli-Responsive Drug Delivery Systems Based on Supramolecular Nanovalves”的綜述文章，詳細介紹了基于廣義超分子納米閥門調(diào)控的雜化給藥體系在多模式癌癥治療和抗菌等重要生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的研究進展和應(yīng)用前景，主要包括：(1) 在以介孔硅（MSNs）和金屬有機骨架（MOFs）為代表的固態(tài)多孔材料表面安裝有基于準輪烷基超分子閥門的有機-無機雜化藥物控釋系統(tǒng)；(2) 基于兩親性超分子主客體復(fù)合物自組裝形成的新型載藥超分子囊泡；(3) 其他代表性超分子作用力調(diào)控的可控靶向釋藥體系，如超分子聚合物納米粒子等。特定的功能基元可通過非共價鍵作用力以間接、可逆的分子離子識別形式結(jié)合成為復(fù)雜有序的超分子組裝體，并且可以在外界環(huán)境條件變化時（如pH、陰陽離子、溫度、光、磁場、氧化還原、競爭刺激等單一或多種條件刺激下）發(fā)生可逆的組裝與解組裝。利用超分子組裝體這種特殊刺激響應(yīng)性，科學(xué)家們有針對性地構(gòu)筑出智能超分子靶向給藥平臺，大大降低了藥物的前釋放并增加了藥物治療過程的可控性和安全性，為未來的超分子診療和治療方法學(xué)的發(fā)展開拓了新的可能性。

  作者首先介紹了安裝有準輪烷基超分子納米閥門的MSNs和MOFs固態(tài)多孔載體類有機-無機雜化多功能靶向給藥系統(tǒng)，可實現(xiàn)在特定病理環(huán)境下的可控釋藥并提高了治療效率。MSNs和MOFs是研究最為廣泛的兩類代表性硬質(zhì)藥物載體，其中，MSNs憑借其自身優(yōu)異的性能（例如：極低的細胞毒性、規(guī)則可調(diào)的孔道結(jié)構(gòu)、尺寸形貌可控性、良好的穩(wěn)定性和表面易于修飾等）加之良好的抗微生物侵蝕能力以及剛性的骨架結(jié)構(gòu)可以有效地防止包封的藥物分子在酶作用下發(fā)生降解或者在復(fù)雜的生理條件下發(fā)生變性，而成為最早被研究的無機載體。安裝于其表面孔道周圍的、通過超分子大環(huán)芳烴和客體基元之間特異性主客體作用形成的準輪烷可作為超分子納米閥門，在模擬的以及真實的腫瘤微環(huán)境下，對多種內(nèi)源和外在刺激進行響應(yīng)，實現(xiàn)靶向的藥物控制釋放。該類超分子給藥體系通常表現(xiàn)出極低的藥物前釋放和良好的多重刺激響應(yīng)性，在腫瘤抑制和癌癥治療上展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。

  MOFs作為一種新型的由金屬離子/離子簇連接有機配體而成的雜化多孔材料自被合成以來就受到科研工作者的廣泛關(guān)注。截止目前MOFs基材料從載藥體系到多功能多模態(tài)癌癥治療領(lǐng)域中的可行性已經(jīng)被初步證實，憑借優(yōu)異的孔道結(jié)構(gòu)、高比表面積、功能的多樣性以及逐步改善的生物相容性，各類基于不同MOFs材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)如聚合物包覆的MOFs、磁性殼核MOFs、其他殼核結(jié)構(gòu)的MOFs以及其他基于MOFs的多功能診療體系在疾病可控治療中已經(jīng)初步建立并逐步發(fā)展。這類材料為解決癌癥治療中的不可控性開辟了新的途徑，成為極具發(fā)展前景的雜化材料之一。

  隨著研究的深入和超分子組裝體形式的多樣化發(fā)展，基于主客體識別的兩親性超分子結(jié)構(gòu)在特定條件下自發(fā)組裝形成的超分子囊泡、以及其他各類受超分子作用力調(diào)控形成的組裝體如聚合物納米粒子等廣義超分子納米閥門系統(tǒng)被相繼研究并報道。這類新興的藥物遞送系統(tǒng)結(jié)合了超分子作用力的可逆性、超分子囊泡獨特的空腔結(jié)構(gòu)和其他組裝體豐富的藥物分子識別位點，在藥物裝載量、刺激響應(yīng)性釋放、生物相容性等方面性能優(yōu)良；特別是結(jié)合了病理環(huán)境的復(fù)雜性，在疾病治療中表現(xiàn)出可觀的實驗結(jié)果。這種豐富多樣化的診療平臺為藥物運輸和癌癥治療等生物技術(shù)的發(fā)展提供了全新的思路和解決策略。

  綜上所述，智能超分子門控的靶向藥物遞送體系突破了傳統(tǒng)化學(xué)藥物治療的局限，在一定程度上減少了傳統(tǒng)化療在癌癥治療上對健康組織帶來的損傷，有望滿足日益增長的醫(yī)療需求。盡管如此，在應(yīng)對復(fù)雜的病理環(huán)境，超分子納米閥門類靶向給藥體系的性能優(yōu)化依然成為臨床治療發(fā)展的重中之重，關(guān)于載藥體系生物穩(wěn)定性、安全性、體內(nèi)分布和代謝途徑等等的系統(tǒng)研究迫在眉睫，而考察和評價其在不同層面的作用和治療效果并逐步走向臨床尚需時日。該綜述論文總結(jié)了近年來以靶向可控藥物遞送為目標的超分子門控技術(shù)的最新研究進展，以期更多的科研工作者和臨床工作者參與其中，共同為超分子癌癥診療體系在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的進一步發(fā)展開辟新的道路。

  這一成果近期發(fā)表在Matter上，文章的第一作者是吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院本碩博連讀研究生李政。

  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.

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.019