11月3日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、中科院軟物質(zhì)化學(xué)重點實驗室劉世勇教授課題組在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-化學(xué)》(Nature Chemistry) 上發(fā)表了題為 “Digital micelles of encoded polymeric amphiphiles for direct sequence reading and ex vivo label-free quantification” 的研究論文。該工作報道了精準(zhǔn)編碼兩親性高分子的合成和在質(zhì)譜測序，數(shù)碼膠束構(gòu)建以及復(fù)雜生物體系中無標(biāo)記定量中的研究。
定量研究聚合物納米粒子的生物分布對于評估納米藥物診療效果及體內(nèi)命運(yùn)至關(guān)重要。常見的熒光和同位素標(biāo)記技術(shù)主要依賴于化學(xué)修飾，而化學(xué)修飾后可能改變聚合物納米粒子的理化性質(zhì)進(jìn)而影響其生物分布。同時，傳統(tǒng)聚合物由于分子量的寬分布、鏈長不均一、序列不明確等固有特性導(dǎo)致無標(biāo)記定量聚合物的獲得極具挑戰(zhàn)性，這一局限性直接影響聚合物納米藥物的臨床轉(zhuǎn)化。因此，發(fā)展聚合物納米粒子的精確量化策略對于進(jìn)一步推動納米醫(yī)學(xué)的設(shè)計和轉(zhuǎn)化具有重要意義。
經(jīng)過充分的前期調(diào)研，研究人員設(shè)想如果聚合物能滿足以下要求，則可用質(zhì)譜實現(xiàn)聚合物的精準(zhǔn)定量：1) 聚合物結(jié)構(gòu)精確，具有適當(dāng)?shù)膯我环肿恿，以避免豐富生物大分子的干擾；2) 易于識別，可實現(xiàn)聚合物序列直讀和無標(biāo)記定量；3)可有效離子化，在復(fù)雜的生物體系中具有高質(zhì)譜檢測靈敏度。
圖 1. 精準(zhǔn)編碼兩親性聚合物的序列直讀。
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)這些新型精準(zhǔn)編碼兩親性聚合物可以自組裝成不同形貌的數(shù)碼膠束，其組裝形貌受到聚合物主鏈序列的嚴(yán)格控制，這為探索納米粒子在體內(nèi)的命運(yùn)提供了豐富的軟物質(zhì)納米載體模型 (圖2)。
圖3. 在器官和組織切片水平上對數(shù)碼膠束進(jìn)行識別和無標(biāo)記定量。
本工作為解決聚合物納米粒子的生物分布定量問題提供了全新思路，且PEG dendron增強(qiáng)的MALDI定量和解碼策略可以進(jìn)一步用于多肽/蛋白質(zhì)/DNA和其他天然/合成分子的測序及定量研究。當(dāng)前，該課題組正在基于這一進(jìn)展開展三方面的深入研究：1) 基于數(shù)碼膠束無標(biāo)記定量技術(shù)的蛋白質(zhì)組學(xué)與蛋白冠主動精準(zhǔn)調(diào)控；2) 基于數(shù)碼油墨的無法反向破解的加密打印和信息安全存儲；3) 基于該類單鏈選鍵化學(xué)和精準(zhǔn)高分子材料化學(xué)創(chuàng)制單一組分極紫外光刻膠，這一設(shè)想已在中國科大微納研究與制造中心的全力配合下獲原理性驗證。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-022-01076-y
作者簡介
劉世勇，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院執(zhí)行院長，中科院軟物質(zhì)化學(xué)重點實驗室主任，中科院百人計劃，“長江學(xué)者”特聘教授，國家杰青，“萬人計劃”領(lǐng)軍人才。主要從事有機(jī)高分子和軟物質(zhì)功能體系的定制合成，有序聚集體微結(jié)構(gòu)調(diào)控，以及性能研究。根據(jù)有機(jī)分子模塊化構(gòu)筑和超分子次價鍵協(xié)同原理，近年的研究興趣重點聚焦精準(zhǔn)高分子材料化學(xué)，開展精準(zhǔn)序列可控合成高分子、單一分子量精準(zhǔn)聚乙二醇(PEG)及其功能衍生物和藥物制劑、分子探針與造影劑、納米材料蛋白質(zhì)冠主動精準(zhǔn)調(diào)控、面向極紫外應(yīng)用的單組份高性能光刻膠、遠(yuǎn)離平衡態(tài)自催化反應(yīng)體系對L-構(gòu)型氨基酸的動力學(xué)選擇性(生命同手性起源難題)等相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究。在Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Phys. Rev. Lett., Nat. Commun., Adv. Mater., CCS Chem.等國際刊物發(fā)表通訊/第一作者論文230余篇，總引用21,000余次（H指數(shù)82），F(xiàn)擔(dān)任美國化學(xué)會 Chem. Mater. (2018-)副主編, Chin. J. Polym. Sci. 副主編，以及其他17份國際國內(nèi)期刊的(顧問)編委。以項目負(fù)責(zé)人身份(曾)承擔(dān)基金委重大項目和重點項目，基金委創(chuàng)新研究群體、科技部國家重點研發(fā)計劃變革性技術(shù)專項等。
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