树状聚合物/大阴离子簇超分子复合物体内协同多功能化研究

Dendrimers have shown attractive application potential in the field of biomedicine as important carrier materials due to its possessing of the specific structure and modifiable chemical composition. While how to combine the functional units through a simple method to realize multi-functions in living organisms is still facing several key scientific problems. In this project, we try to obtain the organic-inorganic hybrid supramolecular complexes with core-shell structure by combining the cationic dendrimer with nano-sized inorganic polyanionic clusters. In this system, polyoxometalate (POM) is introduced to provide nuclear magnetic resonance and optical imaging, in addition with photothermal effect sourcing from near infrared absorption. The dendrimeric cation is used to encapsulate POM and load drug molecules through the generated inner charge interface and hydrophobic intermediate zone, which can also increase biocompatibility and hydrophilic external dispersion, as well as the stability of complex under physiological conditions by electrostatic interaction and lateral hydrophobic force. We expect to clarify the multi-functional integrated properties of supramolecular complex system and reveal synergism mechanism and influence between the components through experiments on cytotoxicity evaluation and in vivo magnetic/optical/thermal imaging, the ability of drug loading and photothermal response release experiment. The significance of this project lies in the discovery of a new hybrid supramolecular polymer system with biomedical value, which can provide valuable research ideas for the realization of precise diagnosis and positioning treatment.

树状高分子因其具有特定结构形状和可修饰化学组成而作为重要载体在生物医用领域展现了诱人的应用潜力，但是如何通过简单方法结合功能基元，实现生物体内的多功能化仍然面临一些关键科学问题。在本项目中，我们通过将树状聚合物阳离子与纳米尺度无机大阴离子簇的离子复合，获得具有核壳结构的有机-无机杂化静电超分子复合物。利用多金属氧簇核引入磁共振/发光成像和近红外吸收光热效应，利用树枝状阳离子包覆产生的内部荷电界面及疏水中间微区来负载药物小分子，并用亲水外围表面增加生物相容性及保证分散性，同时以静电作用力和侧向疏水作用力保证复合物的生理条件稳定性。我们期望通过细胞毒性评价、体内磁/光/热成像、药物分子负载能力、光热响应释放实验等，阐明超分子复合物体系的多功能集成性质，揭示组分间协同作用机理及影响规律。本项目的意义在于发现新的具有生物医用价值的杂化超分子聚合物体系，为实现精准诊断和定位治疗提供有价值的探索。

诊断和治疗是医疗过程中两个必不可少的步骤，若能将二者有机结合，利用单一体系在精确诊断的同时实现物理或化学治疗将大大提高诊疗效果和降低治疗成本。然而如何选择和构建合适的材料体系仍然是一个挑战性的课题。基于有机聚合物和无机多金属氧簇都具有结构组成可调和物理化学性质丰富的特点，我们在项目中提出了利用静电作用构筑有机-无机杂化超分子复合物，通过在体系中引入具有不同功能的基团组分，实现了磁共振成像、光热治疗、化学治疗和药物选择性释放的诊疗一体化方法验证。当用三代树枝状阳离子包覆具有近红外I区光热转换性质的大阴离子钼簇时，所制备的单分子胶束可以负载药物分子，实现了被动靶向光热-化学的联合治疗。当用聚合物包覆含钆的多钨氧簇大阴离子时，同样可以负载药物分子，而且通过磁共振成像定位和检测化学治疗位点。我们也尝试了使用含钆多钼氧簇大阴离子，利用其还原态具有光热转换性质，获得有磁共振成像和光热治疗双功能。而当使用具有磁共振成像性质和光热性质的多金属氧簇混合体与聚合物形成复合物时，则可以将磁共振成像-化学治疗-光热治疗整合到一个体系中，进一步提高了诊疗的效果。此外，通过将具有长波吸收的电荷转移复合物包覆多金属氧簇，获得了在近红外II区具有强光热转换能力的纳米复合物。其在肿瘤部位进行富集，能够有效抑制肿瘤细胞的生长。利用带正电的药物分子包覆具有光热性质和产生单线态氧性能的多金属氧簇形成复合物，表面覆盖生物相容性的透明质酸增加其主动靶向性，实现了近红外II区光热治疗、化学动力学治疗和化学治疗的一体化。通过上述的研究工作，我们获得了一系列具有高的纵向弛豫效率，高的光热转换效率，高的载药率以及pH响应的药物释放能力和靶向能力的多金属氧簇纳米复合物，完成了项目设想和提出的任务。项目提出的功能模块化的方式实现并进行灵活组合，为设计具有特定功能的诊疗一体化复合体系提供了新思路。