南京大学蒋锡群教授/武伟教授《Nano Today》：在环形聚合物分子刷的合成和生物性能研究方面取得新进展

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环形聚合物是一类环状无端基的高分子材料，具有多种不同于线形聚合物的物理化学性质。但目前已报导的环形聚合物大多具有较高的柔性，环形分子链呈高度卷曲的状态，因此它们所表现出来的性能并不能直接归因于环状的形貌结构。聚合物分子刷（cylindrical polymer brushes, CPBs）是一类高度接枝的具有刷形拓扑结构的高分子材料，其密集侧链之间的拥挤效应使主链呈伸展状态并具有一定的刚性，赋予CPBs独特的一维蠕虫状纳米结构。正是由于这种高密度的侧链，使得主链为环形的CPBs能够在各种介质中保持其环状形貌，其性能也与柔性的环形聚合物有显著不同。到目前为止研究环形CPBs的工作仍十分有限，其生物性能几乎一无所知。

针对上述问题，南京大学蒋锡群教授/武伟教授团队设计合成了化学结构和展开长度相近的环形和线形CPBs，并以线形CPBs（l-CPBs）作为参比首次研究了环形CPBs（c-CPBs）的体外和体内生物性能，获得了准确的环形和线形结构对生物性能的影响规律。研究人员分别通过扩环易位聚合（REMP）和开环易位聚合（ROMP）制备了分子量相近的环形和线形聚合物主链，后以grafting onto的策略制备了环形和线形CPBs。分别研究了两种CPBs在细胞摄取、血液循环时间、组织分布、肿瘤富集和渗透等方面的异同，并首次发现环形聚合物比线形聚合物更容易吸附蛋白这一独特性质。这一发现很好地解释了如下实验结果：与l-CPBs相比，虽然c-CPB在不同细胞系包括巨噬细胞中的摄取更低，但c-CPBs的血液循环时间却相对较短，同时肝和脾的摄取较高。除此之外，虽然c-CPBs的结构特性使其在肿瘤组织中的渗透性能比l-CPBs低，但c-CPBs仍具有出色的被动靶向能力，单次静脉注射后在肿瘤中的富集量可达8.2% ID/g。该项研究有助于更加全面深入地理解环状聚合物的生物性能，对生物医用材料的设计具有一定的指导意义。

图一 c-CPBs和l-CPBs的合成路线

图二 （A）c-CPBs和l-CPBs的AFM照片（B）c-CPBs和l-CPBs在不同细胞中的摄取行为（C）c-CPBs和l-CPBs在3D多细胞球中的渗透性能

图三 （A）c-CPBs和l-CPBs在不同介质中的蛋白吸附行为 （B）c-CPBs和l-CPBs在H22荷瘤小鼠中的体内分布

上述相关成果已以“The in vitro and in vivo properties of ringlike polymer brushes”为题发表在Nano Today（DOI: 10.1016/j.nantod.2021.101293）。南京大学博士生尹长锋为该工作的第一作者，蒋锡群教授/武伟教授为通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的支持。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013221002188

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