大家好，今天给大家分享一篇近期发表在
Journal of the American Chemical Society
上的文章，题为：
Triggered Inversion of Dual Responsive Diblock Copolypeptide Vesicles
。
该文章的通讯作者为加州大学洛杉矶分校的
Timothy J. Deming
教授。
能够响应生物相关刺激的聚合物会在特定的生物环境下改变结构和性质，从而实现药物的控制释放或生物分子的封装与释放，在药物递送、生物传感和组织工程等领域具有重要意义。除了简单的降解或解组装响应型聚合物外
，嵌段共聚物能够在
遇到
刺激时经历形状和形态的变化。此外，
“
可逆
”
响应型聚合物也已被报道
，
聚合物中的
两个嵌段
均能
对刺激作出反应，导致两亲性
反转
，从而导致胶束或囊泡结构的
翻
转
。这些可逆组装体不仅能够释放药物，还能够在翻
转
过程中封装周围的介质。但是目前报道的
“
可逆
”
响应型聚合物大多是在非生物相容条件下，如何在生物相关条件下实现嵌段共聚物囊泡的翻转仍是一个挑战。
为了解决这一问题，本文作者利用两个不同的巯基反应性多肽片段
—亲水的聚
(L-
蛋氨酸亚砜
)M
O
和疏水的聚
(
脱氢丙氨酸
)
A
DH
得到共聚嵌段多肽
M
O
x
A
DH
y
，两种多肽修饰均能在
pH
值为
7.4
的水介质中完成，与亲水性硫醇反应后，亲水性
M
O
转化为疏水性
M
，而疏水性
A
DH
转化为亲水性
C
rR
，从而在生理
pH
和温度下实现囊泡的翻转，如图
1
所示。这种设计不仅能够实现药物的控制释放，还能够用于生物介质的封装，为生物学和医学领域的应用提供了新的可能性。
图
1.
通过
M
O
x
A
DH
y
与硫醇反应反转嵌段共聚多肽的两亲性，
蓝色：亲水，红色：疏水
作者首先开发了一种新的合成路线，如图
2
所示。将氧化和烷基化反应分开，使其仅在所需片段内进行。首先，将蛋氨酸
N-
羧基酰亚胺
(Met NCA)
加入到引发剂
Co(PMe
3
)
4
中，得到
M
链，再将其氧化为
M
O
链。然后以
M
O
链为引发剂，在
DMSO
中引发
S-(
叔丁基羧甲基
)-L-
半胱氨酸
(tBuCM-Cys) NCA
聚合，并用乙酸酐封端。接着去除叔丁基保护基并中和，得到共聚肽
M
O
x
C
CM
y
。最后用甲基碘烷基化硫醚基团，得到高纯度的
M
O
x
A
DH
y
共聚肽。此方法成功解决了反应相互干扰的问题，为后续的自组装和刺激响应性研究提供了基础。
图
2.
两亲性
M
O
x
A
DH
y
的合成
接下来，作者固定
x = 60
，使
y
分别为
30
、
40
、
60
、
100
，制备了一系列的
M
O
x
A
DH
y
。得益于独特的链构象和两亲性平衡，
M
O
60
A
DH
60
能够在水中自组装形成亚微米级单层囊泡，且
y=60
的
A
DH
链段长度适中，既保证了足够的疏水性以形成稳定的囊泡结构，又不会因链段过长而导致自组装行为的复杂化或形成不稳定的聚集体。
成功的囊泡翻转需要共聚物的两个嵌段长度相似，以便在两种状态下都能获得有利于亲疏水平衡的囊泡。此外，
M
O
x
A
DH
y
的翻转后得到的
M
x
C
rR
y
中具有
α
-
螺旋的疏水
M
片段需要短一些
(
大约小于
40
个残基
)
，有利于囊泡的形成。因此，作者选择了
M
O
35
A
DH
30
来开发具有巯基响应型的可逆囊泡。使用水溶性荧光探针
TR dextran
和疏水性荧光探针
DiOC
18
对
M
O
35
A
DH
30
悬浮液进行双重标记，并利用共聚焦显微镜证明
M
O
35
A
DH
30
也可以形成单层充满水的囊泡，如图
3
所示。
图
3.
水中
M
O
35
A
DH
30
囊泡的
LSCM
图像
作者又尝试在模拟细胞质的还原环境下翻转
M
O
35
A
DH
30
囊泡。利用谷胱甘肽
(GSH)
触发载体释放货物，
13
天后，所有包封的
TR dextran
均从
M
O
35
A
DH
30
囊泡中释放出来。而在没有谷胱甘肽的对照组中，相同时间有超过
60%
的
TR dextran
依旧被包裹在囊泡中，
表明
M
O
35
A
DH
30
囊泡具有响应
GSH
释放货物的能力
。如图
4
所示。
图
4.
细胞内等浓度的谷胱甘肽刺激
M
O
35
A
DH
30
囊泡释放
TR dextran
为了提高囊泡翻转的可能性，作者又研究了
M
O
35
A
DH
30
与一种更亲水的硫醇
——巯基乙酸
(TGA)
的反应，预计
TGA
会通过将
M
O
35
A
DH
30
转化为聚
(L-
蛋氨酸
)
和聚
(S-
羧甲基半胱氨酸
)
钠盐的嵌段共聚物
M
35
C
rMC
30
来逆转两亲性，如图
5
所示。用
LSCM
对
DiOC
18
标记后的悬浮液进行进一步分析，证明形成了包封有
TR dextran
的翻转后的单层囊泡，如图
6
所示。
图
5.
TGA
作用下
M
O
35
A
DH
30
两亲性的反转
图
6.
水中
M
35
C
rMC
30
囊泡的
LSCM
图像
综上所述，作者设计了一条新的合成路线得到两亲性嵌段共聚多肽
M
O
x
A
DH
y
，在水中可自组装成直径为亚微米的单层囊泡。巯基刺激下，
M
O
x
A
DH
y
的两亲性发生逆转，囊泡翻转。这种在温和的生物学条件下将稳定的囊泡转化为稳定的翻转囊泡是首次报道的。且
M
O
在体内具有生物相容性和可降解性，
M
O
x
A
DH
y
在亲水性治疗药物的控释和触发生物介质的包封方面具有很大应用潜力。
作者：
YXM
DOI
:
10.1021/jacs.4c17033
Link
:
https://doi.org/10.1021/jacs.4c17033
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