构筑可应用于生理环境中的聚合物纳米反应器

Catalytic systems that can be applied in complex biological environment, have great potential in the future research of biology and bio-medicines. By catalytic reactions, we can modify the biological systems to tune their functions in-situ, or produce/activate drug molecules in-vivo to achieve selective therapy. Organometallic catalysts, which are rich in compositions and topologies, are widely used in organic synthesis. However, their application in complex biological environment is still limited, mainly owing to their problems in stability, activity and toxicity under biological conditions. Inspired by metallo-enzymes in nature, we will try to introduce polymeric nano-carriers to accommodate organometallic catalysts, to prepare polymeric nano-reactors that can be applied in biological environment. Furthermore, their potential applications in chemical biology or bio-medicine will be investigated.

可应用于复杂生理环境中的人工催化体系在未来生命科学与生物医药的研究中具有极大的应用潜力。通过催化反应，我们可以在细胞或组织中原位修饰与调控生物体系，在活体内进行药物分子原位合成或激活等。有机金属催化剂是一类在合成化学中应用极其广泛的催化体系，具有丰富多样的化学组成与结构，覆盖了种类繁多的反应类型。然而目前有机金属催化体系在复杂生理环境中的应用仍受到诸多制约，包括在生理环境中的稳定性、催化活性以及其潜在的生理毒性等。受自然界中金属酶结构的启发，我们将通过把有机金属催化活性中心引入聚合物载体结构来构筑聚合物纳米反应器，尝试来解决有机金属催化体系在生理环境中相容性与稳定性等方面的问题，并进一步探索聚合物纳米反应器在化学生物学或生物医药领域中的潜在应用。

利用聚合物载体负载有机金属催化剂是一种极具前景的生物相容催化体系构筑方法。具有“核-壳”结构的聚合物载体可以为有机金属催化活性中心提供疏水的内部环境，在一定程度上保护催化活性中心，免于受到复杂生理环境中生物分子的毒化。同时聚合物结构的多样性与可拓展性也为催化体系的进一步优化改造提供了分子平台。在本项目中，我们基于烯烃复分解开环聚合与聚合后修饰等手段，发展了一种两嵌段臂链星型聚合物的合成方法，构筑了“核-壳”型聚合物载体，并通过嵌入有机金属催化活性中心构筑了可应用于复杂生理环境中的聚合物纳米反应器。此外，我们探索了利用超分子手段在细胞表面或细胞器上进行聚合物锚定的方法，为后续进行聚合物纳米反应器的细胞负载以及聚合物纳米反应器的细胞器靶向定位等潜在研究方向打下了基础。