刺激响应性聚甲基丙烯酸缩水甘油酯-介孔硅多元杂化材料及其药物控释

The rapid development and extensive interdisciplinary study of polymer science, mesoporous storage materials, pharmacy and biology, have injected new vitality to the research and development of drug controlled release systems and open up broad potentials for application. The key to the research and development of new drug delivery system is the consideration and combination of the design of drug carriers and efficient controlled release method, especially the preparation of hybrid drug carriers. In this project, we plan to synthesize a series of important biocompatible polymers, poly(glycidyl methacrylate)s (PGMAs) and their linear and star-shaped derivatives, and then graft them onto the surface of mesoporous silica nanoparticles (MSNs) by dynamic functional bonds or ATRP reaction. By employing the uniform nanopores of MSNs as drug nanocarriers and stimuli- responsive PGMAs or dynamic bond-tethered PGMAs on top of it as nano-gates, we will study the kinetics and mechanisms of drug release of the hybrid materials resulted from the structure changes of polymers and the rupture of dynamic bonds under external stimuli, i.e., pH, ultrasound, redox, light and etc. We will further investigate the controlled drug release behavior and mechanism of these polymer- organic-inorganic hybrid systems in vitro and in vivo, and then develop their potential application in clinical drug release and targeted delivery of anti-cancer drugs.

高分子科学、介孔存储材料、药剂学和生物学等的迅猛发展和广泛交叉为深入研究和开发药物控释系统注入了新的活力，开辟了广阔的应用前景。综合考虑药物载体材料设计及高效控释新方法是研究和开发新的药物控释系统的关键，其中载体材料的复合制备尤为重要。本项目拟合成一系列重要的生物相容性高分子聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)及其直链型或星型衍生物，并将其通过动态键或者原子转移自由基聚合(ATRP)反应接枝到介孔硅纳米粒子表面，以介孔二氧化硅纳米粒子规则均一的孔洞作为药物存储器，利用修饰于其上的环境响应高分子PGMA及刺激响应动态键连接PGMA作为门控，研究在pH、超声、氧化还原、光照等外界刺激下高分子聚合物结构变化或动态键分解导致的复合材料药物释放动力学和释放机理。进而考查这类高分子-有机-无机多元复合材料在体内外的药物控释行为和释放物理和化学分子机制，开发其在临床药物释放和抗癌药物靶向输送上的潜在应用。

高分子科学、介孔存储材料、药剂学和生物学等的迅猛发展和广泛交叉为深入研究和开发药物控释系统注入了新的活力，开辟了广阔的应用前景。综合考虑药物载体材料设计及高效控释新方法是研究和开发新的药物控释系统的关键，其中载体材料的复合制备尤为重要。通过本项目的实施，我们设计合成了一系列重要的生物相容性高分子聚甲基丙烯酸缩水甘油酯及其直链型或星型衍生物，并将其通过动态键和原子转移自由基聚合反应接枝到了介孔硅纳米粒子表面；随后，以介孔二氧化硅纳米粒子规则均一的孔洞作为药物存储器，利用修饰于其上的环境响应高分子体系作为门控，考查了在多种外界刺激下高分子聚合物结构变化或动态键分解导致的复合材料药物控制释放行为和机制；详细考查了该类多元复合材料在体内外的药物控释行为和释放物理和化学分子机制，探索了其在临床药物可控释放和靶向癌症治疗等领域的潜在应用并为其提供了重要的技术支撑。相关重要结果已在Chem. Soc. Rev., Adv. Mater., Small, Chem. Sci., Chem. Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, J. Mater. Chem. B, Macromolecules等期刊发表该基金标注论文43篇（通讯作者论文42篇）。研究工作多次被选为杂志封面和内封面，并被Nature Chemistry、Chemistry Views, Materials Views China等多次正面报道。项目负责人入选科睿唯安2017年“全球高被引科学家”、爱思唯尔2017年“中国高被引学者”、2017英国皇家化学会 “Top 1% 高被引中国作者”、英国皇家化学会“高分子化学领军科学家”和英国皇家化学会“化学通讯新兴科学家”。