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浙江大學周泉/申有青/劉祥瑞 Macromolecules：交替聚二硫化物的可控合成及聚合誘導自凝聚化

2024-12-25 來源：高分子科技

生物大分子可通過液液相分離行為形成無膜細胞器，參與多種細胞生命活動，且在包括腫瘤、衰老、阿爾茲海默癥等多種疾病中都扮演重要角色，因此這些年受到了大量研究和關注。此外，凝聚體能自發(fā)捕獲并富集多種疏水性藥物或者生物大分子，因此在藥物遞送、生物傳感領域也被寄予厚望。但基于生物大分子的凝聚體構筑成本較高、不適合臨床轉化和應用，同時凝聚體自身容易融合沉降，穩(wěn)定性能較差，進一步限制了其發(fā)展。

基于此，浙江大學周泉/申有青/劉祥瑞等在傳統(tǒng)聚合誘導自組裝的基礎上，發(fā)展出一種聚合誘導自身凝聚化的活性凝聚體構建策略，與傳統(tǒng)基于多肽或者蛋白組成的凝聚體相比，該策略可通過調節(jié)單體結構實現(xiàn)凝聚體性質，包括融合速度、流動性、生物大分子包載能力的可控調節(jié)，且可通過凝聚體的原位生成規(guī)避其穩(wěn)定性能差的問題，實現(xiàn)了蛋白等生物大分子的胞內選擇性遞送。

相關工作2024年12月19日以Polymerization-Induced Self-Coacervation of Alternating Poly(disulfide)s via Ring-Opening Reaction-Mediated Polycondensation of Cyclic Thiosulfinate and Dithiol” 為題發(fā)表于Macromolecules。浙江大學周泉、申有青、劉祥瑞該論文通訊作者，博士生木永利和博士后李俊俊為共同第一作者。本研究受到國家自然基金委相關基金的資助，同時受到了浙江大學高分子系凌君教授、西湖大學張鑫教授、以及浙江理工大學童再再教授的指導和幫助。

圖1. 基于環(huán)形亞砜開環(huán)介導的縮聚反應（ROMPOC）實現(xiàn)交替聚二硫化物的可控合成，并通過單體結構的篩選實現(xiàn)聚合誘導自身凝聚化（PISC）。

文章要點

作者首先發(fā)展了一種基于環(huán)形亞砜開環(huán)介導的縮聚反應（ROMPOC），得到高度交替的聚二硫化物（圖2）。該方法可在室溫水相進行，無需除水除氧，同時適用于多種單體（圖3），可用于多種交替聚二硫化物的高效合成，有望進一步拓展聚二硫化物在包括藥物遞送、自愈合材料以及3D打印等領域中的應用。

圖2. 基于ROMPOC的交替聚二硫化物聚合機理

圖3. ROMPOC聚合方法的普適性驗證

在經(jīng)典的蛋白相分離體系中，蛋白固有無序序列（IDR）在其凝聚化過程中扮演重要角色，固有無序蛋白質可以用簡化的“粘合子(sticker)-間隔子(spacer)”高分子模型來描述。“Sticker”一般為疏水或帶電性氨基酸，提供分子吸引作用力,而Spacer則一般為柔性親水性氨基酸，一般不提供作用力，主要防止sticker之間的過渡聚集。受Sticker-Spacer模型啟發(fā)，研究者們發(fā)現(xiàn)DTO可作為一種理想的sticker單體，并可通過引入柔性的二硫醇單體，在水相中直接聚合得到動態(tài)的凝聚體液滴，從而發(fā)展出一種新型的聚合誘導自身凝聚化策略（Polymerization induced self-coacervation， PISC）（圖4）。此外，研究者們發(fā)現(xiàn)，當在單體中引入部分帶正電的短肽時（如CRGGC），可進一步提升所形成的液滴對生物大分子的原位包載能力（圖5a），并探究了所形成的凝聚體在核酸檢測和胞內蛋白遞送中的潛在應用（圖5b-c）。后續(xù)工作中，研究者們將進一步優(yōu)化聚合物結構，并探討上述聚合誘導自身凝聚化策略在超分子自組裝以及藥物遞送中的進一步應用。

圖4. 通過調節(jié)二硫醇單體親疏水性，在水相中實現(xiàn)聚合誘導自身凝聚化。

圖5. PISC形成的凝聚體液滴在核酸檢測和胞內蛋白遞送中的潛在應用

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c01821

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（責任編輯：xu）

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