國際權威期刊Nature Chemistry 于3月9號在線發(fā)表了南京大學朱俊杰教授課題組，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(huán)境與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉移、耐藥息息相關，是腫瘤診斷和預后的重要標志物，也是重要的治療靶點。但腫瘤微環(huán)境在疾病發(fā)展、治療過程中動態(tài)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(xiàn)對腫瘤的精準響應。生物邏輯運算是生物體行使復雜調(diào)控功能的重要手段，也是近年來合成生物學、干細胞分化、組織工程等領域的研究熱點。DNA和蛋白常被用來構建邏輯回路，但其穩(wěn)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，易于推廣轉化，目前已開發(fā)了多種環(huán)境響應的智能材料，但是由于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(fā)展一種“即插即用”的可編程工具，用于智能材料的設計和組裝，實現(xiàn)復雜腫瘤微環(huán)境的靈敏響應和精準調(diào)控。
針對這一難題，三個課題組合作開發(fā)了一類新型的可編程化學工具：環(huán)境響應分子砌塊庫，用于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(xiàn)了腫瘤內(nèi)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(huán)境響應化學鍵的結構和性質(zhì)異質(zhì)性，研究者基于“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，并進一步組裝成具有“YES”、“AND”、“OR”等邏輯門的納米藥物載體，實現(xiàn)了多種治療試劑的共載。研究者選取腫瘤細胞內(nèi)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(nèi)實現(xiàn)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細胞中同時過表達堿性磷酸酶和酯酶，并以此為輸入信號進行小鼠活體腫瘤內(nèi)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“疾病標志物篩選-可編程材料設計-腫瘤反饋治療”的新思路。
論文的第一作者為西安交通大學張鵬暉副教授、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。朱俊杰教授、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。
- 芬蘭坦佩雷大學郭洪爽博士 Adv. Mater.: 探索集體行為 - 從智能材料到仿生設計 2025-05-04
- 南京大學王煒/曹毅/蔣青/薛斌《Nat. Commun.》：用于干細胞輔助骨再生的具可編程時空力學信號水凝膠 2025-04-20
- 中科大鄒綱/張紅莉、蘇州實驗室陳忻 Nat. Commun.: 結合可編程結構色與可切換圓偏振發(fā)光的動態(tài)多模態(tài)信息加密 2025-03-12
- 加州理工學院團隊 Science 封面文章：PAM - 宏觀尺度的“高分子”，助力設計新型智能材料 2025-01-17
- 中國科大龔興龍教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：剪切變硬膠基智能材料仿生設計策略助力可變剛度半主動個人防護 2024-10-26
- 中國科大龔興龍教授團隊《Compos. Part B-Eng.》：基于珍珠層靈感的剪切變硬膠基智能材料實現(xiàn)力-電-熱耦合多體防護 2024-05-05
- 山東大學欒玉霞教授團隊 Nat. Nanotech.：發(fā)現(xiàn)解決CAR-T細胞療法實體瘤療效受限的有效方法 2025-05-20
