具有可控膜穿透和定位壳脱落功能的阳离子半胱氨酸共聚物载体的研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21474064
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0507.医用材料化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

To improve the tumor penetration of nanocarriers and reveal the mechanism of interaction between the hierarchical structures of nanovehicles and tumor cells, a class of cationic L-cysteine-based copolymers with controlled membrane activity and on-demand shell-detachment ability were constructed via multiple click reactions. The proton buffering capacity, hydrophobic characteristics, and secondary and tertiary structures of copolymers were controlled by the quaterisation and thioether alkylation of side chains. The hierarchical self-assembly of copolymers were characterized using both computational and experimental techniques. Thereafter, cell experiments were carried out to demonstrate the key role in the penetrability of nanoassemblies during cellular uptake and endosomal escape. Furthermore, a series of poly(ethylene glycol) amines with different pH-sensitivity were designed and synthesized, for the further preparation of a novel cationic nanocarrier capable of shedding its outer corona under extracellular and intracellular environments. The synergistic effect of shell-detachment at various locations on the cell internalization of nanoparticles was investigated. In addition, the nanovehicles were loaded with antitumor drugs or RNA as model therapeutics to verify the controllable penetrability and therapeutic effects of nanoformulations against drug resistant tumors in vitro and in vivo, and to systematically address the fundamental scientific issues between the chemical and assembled structures of polymeric nanocarriers and their tumor penetrating capacity. This work provides guidance and a new strategy for the design of effective intracellular drug delivery systems, and offers a promising nanovehicle for the clinical treatment of cancer, particularly drug-resistant tumors.
为了提高纳米载体的肿瘤渗透性能,揭示其多级结构与细胞之间相互作用的机理,本课题通过多重点击等化学手段构筑一系列具有可控膜穿透和定位壳脱落功能的阳离子半胱氨酸共聚物。利用季铵化和硫醚烷基化调控聚合物的质子缓冲能力、疏水性质和高级结构,使用计算机模拟和实验表征其多级自组装行为,通过细胞实验研究纳米载体在细胞摄取和内体逃逸过程中发挥膜穿透作用的关键因素。在此基础上,使用酸敏感性不同的聚乙二醇胺实现阳离子载体在肿瘤细胞外和细胞内定位脱壳的能力,并探索其在病灶区域不同位置壳脱落行为对细胞内在化的协同作用机理。进一步以抗癌药物或RNA为模型,证明纳米给药系统在体外和动物体内对耐药肿瘤的可控穿透性能和治疗效果,阐明聚合物载体化学结构和多级组装结构与体内外肿瘤穿透性之间的基本科学问题,为高效细胞内药物传递系统的设计提供理论指导和新思路,并为恶性肿瘤,特别是耐药肿瘤的临床化疗提供一种具有应用潜力的纳米载体。

结项摘要

为了提高纳米载体与肿瘤之间的特异性相互作用,揭示高分子多级结构与其自组装及生物学效应之间的科学关系,本课题首先在聚半胱氨酸侧链引入高疏水性胆固醇锁住高级构象,利用活性氧(ROS)作为“门控”触发高分子二级结构由β折叠转变为α螺旋构象,并驱动聚合物自组装体形貌由胶束转变为双分子层囊泡。该聚合物的结构转变赋予其自组装体独特而灵敏的构象功能开关,能够实现良好的ROS响应控释能力,并显示出构象介导的细胞膜相互作用和特异性的高效入胞能力,从而在体内及体外抗肿瘤实验中表现出良好的治疗效果。为了提高自组装体的膜穿透性能并实现功能化,利用硫醚烷基化点击反应在两亲性聚半胱氨酸侧链修饰不同含量的阳离子季铵盐基团,获得具有阳离子α螺旋构象的多孔纳米自组装结构。进一步将此策略拓展到具有α螺旋倾向的阳离子聚赖氨酸体系,通过稳定的酰胺键、pH敏感希夫碱键和静电复合作用在聚赖氨酸侧链修饰胆固醇、肉桂醛和藤黄酸等疏水基团或药物分子,发现疏水侧基的引入显著改变了聚赖氨酸的构象、高级自组装结构及其与细胞之间的相互作用。利用偶联反应改变主链嵌段结构,利用Michael反应对聚赖氨酸侧链进行修饰,合成了系列具有不同质子缓冲能力和二级构象的阳离子聚合物。为了解决隐形和膜活性之间的矛盾,通过阳离子、靶向分子等表面工程原件构筑功能化纳米界面,并利用细胞外微环境触发的聚乙二醇(PEG)外壳开关来适时屏蔽和暴露出活性表面,从而协同增强聚合物纳米粒子与肿瘤细胞相互作用的特异性和高效性。为了进一步提高刺激响应性的时空控制效果,合成系列光敏感壳脱落和自降解的聚合物体系,并研究其光响应降解行为、控制释放及其对细胞内药物传递的影响。本项目研究对理解蛋白质折叠和大分子多级自组装具有重要的理论价值,为高分子多级自组装结构和功能的调控提供了新策略,为克服细胞膜屏障提供了新的解决思路,并在生物传感、疾病治疗和诊断应用方面具有广阔的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(10)
专利数量(4)
Conformation-Directed Micelle-to-Vesicle Transition of Cholesterol Decorated Polypeptide Triggered by Oxidation
氧化引发的胆固醇修饰多肽的构象定向胶束到囊泡的转变
  • DOI:
    10.1021/jacs.8b01873
  • 发表时间:
    2018-05-30
  • 期刊:
    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Liu, Hang;Wang, Rui;Fu, Qiang
  • 通讯作者:
    Fu, Qiang
具有可控质子化能力的阳离子聚合物的合成及表征
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2017.08.001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏静;刘航;成澄;丁明明;李洁华;谭鸿;傅强
  • 通讯作者:
    傅强
Clickable and imageable multiblock polymer micelles with magnetically guided and PEG-switched targeting and release property for precise tumor theranosis
可点击和可成像的多嵌段聚合物胶束,具有磁引导和 PEG 切换的靶向和释放特性,可实现精确的肿瘤治疗
  • DOI:
    10.1016/j.biomaterials.2017.08.005
  • 发表时间:
    2017-11-01
  • 期刊:
    BIOMATERIALS
  • 影响因子:
    14
  • 作者:
    Wei, Jing;Shuai, Xiaoyu;Fu, Qiang
  • 通讯作者:
    Fu, Qiang
阳离子多嵌段聚氨酯的结晶和降解行为
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2018.09.007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    高分子材料科学与工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    帅小玉;龚明睿;张垚;成澄;邱磊;杨昌跃;周天楠;丁明明;谭鸿;傅强
  • 通讯作者:
    傅强
Multifunctional cystine-installed clickable micelles for efficient drug delivery and magnetic resonance imaging
多功能胱氨酸安装的可点击胶束,用于高效药物输送和磁共振成像
  • DOI:
    10.1016/j.jconrel.2017.03.205
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Controlled Release 2017
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mingming Ding;Jing Wei;Rui Wang;Xiaoyu Shuai;Jiehua Li;Hong Tan;Qiang Fu
  • 通讯作者:
    Qiang Fu

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其他文献

我国商业银行资本结构的影响因素——基于OLS回归和分位数回归的研究
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    --
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    2015
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    --
  • 作者:
    丁明明;于成永
  • 通讯作者:
    于成永
聚合物弹性体材料应力-应变关系的理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Acta Polymerica Sinica
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    安立佳
非完整蛇形机器人系统的Lie对称性和守恒量
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    2021
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    傅景礼
线阵CCD在岩屑图像采集中的应用
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
    微计算机信息
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁明明;郑荣儿;亓夫军;慈兴华;孙政;李文东
  • 通讯作者:
    李文东
Application of differential invariant method for solving the electromagnetic fields
应用微分不变量法求解电磁场
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Donghua University
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    傅景礼;项春;曹珊;丁明明;施高萍
  • 通讯作者:
    施高萍

其他文献

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丁明明的其他基金

铁配位调控聚氨基酸有序构象分子机制及仿蛋白功能研究
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铁配位调控聚氨基酸有序构象分子机制及仿蛋白功能研究
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高级结构调控的生物医用高分子材料
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智能稳定型细胞内定位输送纳米药物载体的研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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