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  由兩親性嵌段共聚物通過(guò)自組裝形成的聚合物囊泡，具有穩(wěn)定性高、包載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，作為藥物載體材料受到廣泛的關(guān)注。刺激響應(yīng)型聚合物囊泡能對(duì)外界刺激產(chǎn)生響應(yīng)，可應(yīng)用于靶向藥物傳遞、可控釋放等領(lǐng)域。活性氧類(ROS)作為生物體內(nèi)有氧代謝的副產(chǎn)物，因其強(qiáng)氧化性和在腫瘤和炎癥組織的特異性富集而作為一種刺激源，可刺激氧化響應(yīng)性囊泡作出反應(yīng)。而要真正將這類聚合物囊泡應(yīng)用于生物醫(yī)用領(lǐng)域，其生物相容性十分關(guān)鍵。

  聚類肽(polypeptoid)是一類酰胺鍵上的質(zhì)子被取代的聚氨基酸分子，具有良好的生物相容性。因?yàn)榉肿娱g和分子內(nèi)不存在氫鍵相互作用，聚類肽能夠溶解于大部分有機(jī)溶劑，和常規(guī)的聚肽(polypeptide)分子相比更易制備和應(yīng)用。法國(guó)巴黎高科化學(xué)學(xué)院李敏慧教授和浙江大學(xué)凌君教授合作，設(shè)計(jì)制備了一種完全由聚類肽構(gòu)成的氧化響應(yīng)性聚合物囊泡。這種共聚物的疏水段是一種側(cè)鏈含硫醚鍵的新型聚類肽：聚(N-3-甲硫基丙基甘氨酸) (PMeSPG)，親水段則由具有優(yōu)良水溶性和抗蛋白粘附能力的聚肌氨酸(PSar)構(gòu)成。共聚物通過(guò)兩種N-硫代羧基內(nèi)酸酐(MeSPG-NTA和Sar-NTA)的順序分段投料聚合合成(圖1)。通過(guò)納米沉淀法、雙乳液法等自組裝方法，PMeSPG-b-PSar能分別形成納米和微米尺度的聚類肽囊泡。

圖1. 共聚類肽PMeSPG-b-PSar的合成與自組裝

  PMeSPG-b-PSar的氧化響應(yīng)性來(lái)自于側(cè)鏈硫醚鍵在氧化條件下轉(zhuǎn)化為高度親水的亞砜基的反應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致PMeSPG段的親疏水性發(fā)生徹底轉(zhuǎn)變，從而使得囊泡失穩(wěn)崩解。經(jīng)納米沉淀法形成的納米囊泡在雙氧水(H₂O₂)溶液處理下完全消失，只剩下極少數(shù)松散絮狀結(jié)構(gòu)。而在共聚焦顯微鏡的表征下，由雙乳液法獲得的微米囊泡(尼羅紅標(biāo)記)在8.8 mM H₂O₂刺激下隨時(shí)間逐漸崩解的過(guò)程被完整記錄下來(lái)。如圖2A所示，在加入H₂O₂刺激后，囊泡隨著膜結(jié)構(gòu)的繃緊而首先形成更規(guī)整的球形結(jié)構(gòu)，接著囊泡膜開始抖動(dòng)，且抖動(dòng)隨時(shí)間愈發(fā)劇烈，囊泡膜表面形成許多孔隙，最終在225 s左右囊泡完全崩解。動(dòng)態(tài)的核磁跟蹤(¹H NMR，圖2B)轉(zhuǎn)變揭示了囊泡內(nèi)共聚物在氧化條件下的結(jié)構(gòu)和行為變化。

圖2. (A)共聚焦顯微鏡下，一個(gè)PMeSPG-b-PSar囊泡在8.8 mM雙氧水刺激下隨時(shí)間的崩解過(guò)程。Scale bar = 25 mm。(B)囊泡樣品(重水作為溶劑)在H₂O₂作用下的¹H NMR譜圖隨時(shí)間的變化。

  在證明了囊泡的氧化響應(yīng)性后，作者將一種疏水的光敏劑，四苯基卟啉(TPP)引入到PMeSPG-b-PSar囊泡體系中。TPP可通過(guò)疏水相互作用附著在囊泡膜上。在光刺激下TPP會(huì)生成單線態(tài)氧(¹O₂)等ROS，引起囊泡崩解(圖3A)。這樣，光作為一種更為可控的刺激源可實(shí)現(xiàn)囊泡的響應(yīng)性行為。如圖3B所示，在共聚焦顯微鏡的激光(HeNe 543 nm)照射下，負(fù)載TPP的聚類肽囊泡同樣能發(fā)生響應(yīng)性的解散。如圖3C所示的虛線內(nèi)區(qū)域經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間(15 min左右)的激光集中照射，虛線內(nèi)的囊泡完全消失，而在其余位置仍有較多的囊泡分布。以¹O₂氧化為介導(dǎo)，負(fù)載TPP的PMeSPG-b-PSar囊泡的響應(yīng)性崩解可以通過(guò)光刺激可控實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果證明了PMeSPG-b-PSar囊泡具備優(yōu)良的生物相容性。PMeSPG-b-PSar聚類肽囊泡所展現(xiàn)的這些優(yōu)異特性使其在藥物傳遞、生物檢測(cè)、微納米反應(yīng)器等應(yīng)用中具有廣闊的應(yīng)用前景。

圖3. (A) 引入TPP，在光照刺激下激發(fā)生成¹O₂，使得囊泡因氧化響應(yīng)性而崩解的示意圖。(B)兩個(gè)負(fù)載有TPP的PMeSPG-b-PSar囊泡在共聚焦顯微鏡激光照射下隨時(shí)間的崩解過(guò)程。(C) 在共聚焦顯微鏡觀察中的一區(qū)域在長(zhǎng)時(shí)間的觀察實(shí)驗(yàn)前(I)和實(shí)驗(yàn)后(II)的囊泡分布情況。虛線所示區(qū)域均經(jīng)過(guò)共聚焦激光的約15 min集中照射。

  以上成果發(fā)表在Biomacromolecules (DOI: 10.1021/acs.biomac.9b00713)，第一作者是浙江大學(xué)博士生鄧揚(yáng)威，他曾作為聯(lián)合培養(yǎng)博士生到巴黎李敏慧教授課題組進(jìn)行合作研究。該研究得到法國(guó)國(guó)家研究基金（ANR）、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)留學(xué)生基金的資助。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.9b00713