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  聚合物囊泡為模擬細(xì)胞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能提供了一個(gè)很好的模型，在仿生學(xué)、生物傳感和藥物傳遞等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比，聚合物囊泡的穩(wěn)定性強(qiáng)，化學(xué)可調(diào)節(jié)性高，但其膜通透性低，顯著阻礙了物質(zhì)通過(guò)囊泡膜的運(yùn)輸和交換。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員通過(guò)嵌入生物大分子或引入刺激響應(yīng)組分來(lái)調(diào)控膜的通透性。然而，這些方法大多數(shù)會(huì)導(dǎo)致囊泡崩解，或需要復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)來(lái)維持囊泡結(jié)構(gòu)。在自然界中，細(xì)胞或細(xì)胞器膜蛋白構(gòu)象的有序轉(zhuǎn)變能夠引起膜通透性的變化，進(jìn)而影響分子運(yùn)輸和細(xì)胞凋亡等生命活動(dòng)。然而，像生物系統(tǒng)那樣調(diào)控囊泡膜通透性對(duì)于合成高分子來(lái)說(shuō)存在巨大挑戰(zhàn)。

  近日，四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院丁明明教授和譚鴻教授以“Ordered Conformation-Regulated Vesicular Membrane Permeability”為題在Angewandte Chemie International Edition上首次報(bào)道了通過(guò)聚氨基酸二級(jí)構(gòu)象的有序轉(zhuǎn)變來(lái)調(diào)控聚合物囊泡膜通透性。在前期工作中，該團(tuán)隊(duì)提出了利用疏水鎖和氧化門控調(diào)控聚氨基酸構(gòu)象有序轉(zhuǎn)變的新方法，并通過(guò)構(gòu)象驅(qū)動(dòng)聚合物膠束-囊泡轉(zhuǎn)變（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6604-6610）。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過(guò)合理設(shè)計(jì)得到了聚氨基酸囊泡，該聚合物囊泡在活性氧作用下構(gòu)象由β折疊轉(zhuǎn)變?yōu)?em>α螺旋，進(jìn)而降低膜的厚度，并重構(gòu)氫鍵和相行為，從而在保留囊泡完整性的同時(shí)增強(qiáng)其膜通透性，實(shí)現(xiàn)了小分子和大分子物質(zhì)的特異性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

  研究者以膽固醇修飾的半胱氨酸為疏水段，聚乙二醇為親水段合成兩親性聚半胱氨酸（MPEG-PLCC），通過(guò)調(diào)控鏈段數(shù)得到兩親性聚氨基酸囊泡。該聚合物側(cè)鏈硫醚鍵能夠被活性氧（ROS）氧化成砜鍵或亞砜鍵，其構(gòu)象由β折疊逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?em>α螺旋。聚合物氧化前后均保持完整囊泡結(jié)構(gòu)，但有趣的是氧化后的自組裝體囊泡膜明顯變薄。

  囊泡膜結(jié)構(gòu)的變化勢(shì)必會(huì)對(duì)其釋放行為產(chǎn)生一定影響，研究發(fā)現(xiàn)氧化條件下，包載了疏水性分子的囊泡具有優(yōu)異的釋放行為，這主要?dú)w因于聚合物氧化后極性增強(qiáng)、液晶相的形成和構(gòu)象轉(zhuǎn)變?nèi)齻�(gè)因素。此外，聚合物囊泡氧化后膜通透性大大增強(qiáng)，對(duì)不同分子量的親水性分子表現(xiàn)出特異性的控釋行為，并能夠充當(dāng)納米反應(yīng)器進(jìn)行特異性的催化反應(yīng)。

  受人體葡萄糖激酶的啟發(fā)，進(jìn)一步將葡萄糖氧化酶包載入囊泡內(nèi)，獲得了能夠在葡萄糖作用下分泌胰島素的智能聚合物囊泡。其具有優(yōu)異的糖響應(yīng)釋放行為及長(zhǎng)循環(huán)能力，在體內(nèi)顯示出優(yōu)異的降血糖能力及低副作用。該研究通過(guò)活性氧響應(yīng)的構(gòu)象轉(zhuǎn)變?cè)鰪?qiáng)了囊泡膜通透性，對(duì)于理解天然生物膜和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能具有重要的科學(xué)價(jià)值，在生物技術(shù)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

  以上相關(guān)成果發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition (DOI: 10.1002/anie.202109637)。論文的第一作者為四川大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院研究生鄭毅和王作杰，通訊作者為丁明明教授和譚鴻教授。該項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、四川省科技廳和高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202109637