复旦大学陈国颂-江明课题组《Chem. Rev.》综述：基于糖的大分子生物材料

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作为自然界中最丰富、最重要的生物大分子之一，糖不仅与能量相关，而且以物质和信息两种形式参与生命体的活动。糖大量存在于动物细胞外基质和植物、细菌、真菌细胞壁中，这种支架作用是糖的物质形式。例如一些多糖构成的大分子生物材料呈现出刚性和功能可控的特点，被广泛应用于药物传递、组织工程等领域。另一方面糖也充当信息交流角色，糖蛋白、糖脂和蛋白聚糖通过结合蛋白质或者其他糖类分子，能够介导细胞-细胞和细胞-基质相互作用。因此，从分子水平上理解糖的基本角色，将为设计新一代基于糖的大分子生物材料提供有价值的信息。

近日，复旦大学高分子科学系陈国颂教授团队在Chemical Reviews期刊上发表题为Carbohydrate-Based Macromolecular Biomaterials的文章，系统介绍天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白等糖类化合物多样性的分子结构，并综述这类基于糖的大分子材料在药物递送、组织工程和免疫学领域的生物应用进展。

多样复杂的化学结构是糖类化合物的功能基础，分子水平上了解糖是设计功能材料的第一步。基于糖的大分子通常包括天然多糖、仿天然的合成多糖、糖聚合物、超分子糖聚合物、合成糖脂/糖蛋白。这五类糖化合物的分子结构与功能有着密切关系，涉及到机械性能、模拟聚糖的多价效应、糖-蛋白相互作用、糖-糖相互作用等。

基于糖的大分子材料在诊断治疗中常被用作药物、基因、成像试剂的运输载体，近年来一直是研究热点。从糖呈现的功能角度来看，多官能团的糖类物质可充当载体的功能化骨架、纳米载体的亲水壳层。针对细胞上表达的不同受体，糖能够特异性结合相关受体，为纳米载体在细胞水平上转运提供靶向功能。

细胞外基质是稳定组织结构、提供力学支撑和生物活性诱导因子的基础，糖作为一种重要的天然细胞外基质组分，在组织工程支架中具有重要的应用前景。天然多糖、糖聚合物、超分子糖肽等构成的材料对于模拟细胞外基质功能至关重要，一方面支架材料可以通过机械传导的方式影响细胞行为，另一方面不同糖的生化诱因功能可以诱导材料与细胞直接或间接相互作用。

糖-蛋白质相互作用介导了病原体感染宿主的第一步，基于糖的大分子生物材料能够干扰病原体与宿主细胞的相互作用，这种含糖的多价支架在抑制细菌毒素、粘附细菌、抗细菌生物膜形成、阻断病毒入侵方面起到一定的效果。在固有免疫和适应性免疫方面，糖与免疫细胞上的多种凝集素受体（唾液酸结合性免疫球蛋白样凝集素、半乳凝集素、C-型凝集素）相互作用，为设计调控免疫微环境的生物材料提供参考。在疫苗制备中，糖脂、多糖、皂素等也可用作免疫佐剂提高抗原的免疫原性，因此将糖整合到其他平台，包括病毒样颗粒、多糖、聚合物、脂类等，所构成的大分子材料可用作肿瘤疫苗、抗菌疫苗、抗HIV疫苗、抗寄生虫疫苗等。相比基于载体蛋白的传统糖疫苗，本文中介绍的糖疫苗避免了载体蛋白免疫原性过强的缺点，同时具有分子结构可控明确等优点。

作者亦在本文中提到，所讨论的大部分应用距离临床应用还很遥远，但糖复杂结构带来的多种性质使其成为具有巨大潜力的大分子生物材料。目前仍然需要在有机化学和化学酶法合成方面取得突破，通过高效制备明确的多糖和多糖链，加深对宏观和微观层次分子结构的认识。

埃因霍芬理工大学苏璐博士、陕西师范大学冯颖乐博士为本文的共同第一作者，瑞士材料科学与技术联邦研究所韦孔昌博士，复旦大学博士生徐旭阳、刘荣营博士等为此文做出重要贡献，通讯作者是陈国颂教授。本文撰写得到了聚合物分子工程国家重点实验室的支持。

原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.0c01338

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