南京大学蒋锡群/武伟团队ACS Central Sci.：利用正交保护策略合成骨架可修饰的树枝状聚合物及在药物传输中的应用

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树枝状聚合物的结构和尺寸可在分子水平上实现严格精准控制，达到单一分散的分子量，因而其药理学和药动学性质具有完美的重现性，另外，树枝状聚合物具有纳米级的分子尺寸，结构可设计性强，可携带大量的活性官能团用于功能化，因此在生物医药领域有广阔的应用前景。在实际应用中，往往需要对树枝状聚合物进行多功能化，比如偶联药物和靶向基团等多种功能分子。但传统的树枝状聚合物仅外围存在活性官能团，由于缺乏选择性，不同的功能分子难以通过位置特异性的方式连接到外围官能团上，导致不同功能分子连接的位置和数量不可控，因此树枝状聚合物多功能化后往往会失去结构的精确性和批次重现性。如何实现位点可控的多功能化，成为树枝状聚合物生物应用需要解决的关键科学问题。树枝状聚合物外围分支较多，内部分支较少，因此存在较大的内部空腔，若在内部骨架上引入与外围官能团正交的活性基团，既可大幅提高其功能化程度，又可实现骨架和外围位点特异性的双功能化。将生物功能分子偶联在内部空腔，还可以利用外围分子链对酶的屏蔽作用，减少早期酶解，提高其稳定性。迄今，对骨架可修饰树枝状聚合物的合成研究还非常少，已知的合成方法大都步骤复杂，繁琐耗时，因此，开发骨架可修饰的树枝状聚合物的高效合成方法对于推动其在生物医药领域的应用具有重要意义。

前期，南京大学蒋锡群教授、武伟教授团队设计合成了寡聚乙二醇骨架的温敏性树枝状聚合物并用于制备化疗药吉西他滨的前药（J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 3145）和基于树枝状聚合物的还原激活的荧光纳米探针（Chem. Eur. J. 2020, 26, 13022），在肿瘤的治疗和检测方面取得了良好的效果。近期该团队率先提出利用正交保护策略合成骨架可修饰的树枝状聚合物（第四代树枝状聚合物的合成路线如图1所示），所合成的树枝状聚合物均具有完整无缺陷的化学结构（图2）。得益于合理设计的固相合成方法，四代树枝状聚合物的合成仅需不到两天的时间。树枝状聚合物骨架每个重复单元均带有一个苄氧羰基（Cbz）保护的酰肼基，外围每个末端均带有一个叔丁氧羰基（Boc）保护的氨基，Cbz和Boc可以选择性脱保护，因此能够实现位点选择性的双功能化。研究人员在外围通过PEG偶联了苯硼酸基团，在骨架上通过酰腙键偶联了化疗药物阿霉素（DOX），载药量可达31%，并具有良好的水溶性（图3），TEM显示其尺寸均一（直径约7 nm，图3）。得益于苯硼酸促进溶酶体逃逸、对肿瘤主动靶向和增强组织渗透的功能（图4），该苯硼酸修饰的树枝状聚合物前药表现出优异的肿瘤治疗性能，静脉注射后肿瘤中DOX浓度可达7.6% ID/g，多次静脉注射可以清除小鼠肿瘤（图5）。该工作也进一步验证了该团队前期工作中（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 20927）发现的苯硼酸具有促进纳米材料溶酶体逃逸的功能。

图 1.第四代树枝状聚合物（G4）的合成。

图2.（A）G1的¹H NMR谱及峰归属；G1-G4的¹H NMR 谱（“*”来自水和乙醚）(B)、MALDI-TOF MS谱(C)和GPC谱(D)。

图 3.（A）负载DOX的树枝状聚合物PDG3和DG3的合成路线；（B）PDG3的TEM、溶液照片和DLS数据；（C）DG3的TEM、溶液照片和DLS数据。

图 4.（A）尾静脉注射RBITC标记的PG3和NG3 36 h后，肿瘤赤道面切片的CLSM照片（标尺为2 mm）以及局部放大图（标尺为50 μm）。尾静脉注射NIR-797标记的PG3和NG3后，不同时间点的活体肿瘤赤道断层的2D 光声（PA）图像（B）、PA信号强度和分布面积统计图（C）以及36 h时活体肿瘤的3D PA图像（标尺为2 mm）（D）。

图 5. （A）皮下H22荷瘤小鼠（n=10）接受不同治疗后，15天内相对肿瘤体积变化曲线；（B）治疗15天后各治疗组小鼠肿瘤的重量和照片；（C）15天内小鼠相对体重变化曲线。

该工作以“An Orthogonal Protection Strategy for Synthesizing Scaffold-Modifiable Dendrons and Application in Drug Delivery”为题于2022年1月26日在线发表于ACS Cent. Sci.（DOI：10.1021/acscentsci.1c01382）。南京大学博士生刘长仁为该工作的第一作者，武伟教授为通讯作者，蒋锡群教授提供了指导和帮助。该工作得到了国家自然科学基金项目的支持。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.1c01382

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