南京大学朱俊杰教授课题组、西安交大徐锋教授课题组、湖南大学谭蔚泓院士课题组合作在可编程聚合物库及生物逻辑运算的研究中取得重要进展
国际权威期刊Nature Chemistry 于3月9号在线发表了南京大学朱俊杰教授课题组，西安交通大学徐锋教授课题组，湖南大学谭蔚泓院士课题组等单位的合作研究成果《A programmable polymer library that enables the construction of stimuli-responsive nanocarriers containing logic gates》。
肿瘤微环境与肿瘤的发生、发展、转移、耐药息息相关，是肿瘤诊断和预后的重要标志物，也是重要的治疗靶点。但肿瘤微环境在疾病发展、治疗过程中动态变化，且个体之间存在显著差异，因而单一响应的生物材料在临床治疗中难以实现对肿瘤的精准响应。生物逻辑运算是生物体行使复杂调控功能的重要手段，也是近年来合成生物学、干细胞分化、组织工程等领域的研究热点。DNA和蛋白常被用来构建逻辑回路，但其稳定性差、跨膜运输难、合成成本高的缺点限制了其应用。
人工合成的生物可降解材料成本低，易于推广转化，目前已开发了多种环境响应的智能材料，但是由于不同响应元件化学结构和反应活性的不同，很难对响应元件进行灵活组装。因此，亟需发展一种“即插即用”的可编程工具，用于智能材料的设计和组装，实现复杂肿瘤微环境的灵敏响应和精准调控。
针对这一难题，三个课题组合作开发了一类新型的可编程化学工具：环境响应分子砌块库，用于构建具有逻辑门的智能聚合物和纳米载体，通过生物逻辑运算，实现了肿瘤内多种药物的分层释放，提高了肿瘤治疗的精准性。为了克服环境响应化学键的结构和性质异质性，研究者基于“自降解化学”设计了7种结构相似、反应活性相同、响应不同刺激源的分子砌块，合成了一系列可编程聚合物，并进一步组装成具有“YES”、“AND”、“OR”等逻辑门的纳米药物载体，实现了多种治疗试剂的共载。研究者选取肿瘤细胞内过表达的H2O2和GSH为输入信号，进行生物逻辑运算，在小鼠体内实现了激酶抑制剂、顺铂药物和siRNA的共同递送和分层精准释放。同时，利用生物信息学对肿瘤细胞库（CCLE）中基因和代谢物图谱进行分析，筛选出在HepG2细胞中同时过表达碱性磷酸酶和酯酶，并以此为输入信号进行小鼠活体肿瘤内的生物逻辑运算，有效地提高了肿瘤抑制效果，降低了副作用，为肿瘤的个性化治疗提供了“疾病标志物筛选-可编程材料设计-肿瘤反馈治疗”的新思路。
论文的第一作者为西安交通大学张鹏晖副教授、南京大学2019级博士生高迪同学和西安交通大学博士生安克莉同学。朱俊杰教授、徐峰教授、谭蔚泓院士为该论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金、生命分析化学国家重点实验室开放基金，南京大学卓越计划等项目的支持。
文章链接
https://www.nature.com/articles/s41557-020-0426-3
来源：南京大学
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