水溶性非环状分子容器的靶向药物传递

In biological system, protein hosts involving various physiological activities play a very important role. Inspired by Nature, the rational design of new molecular containers that can complex analytes with high affinity and selectivity represents a hot area of supramolecular chemistry, in particular for systems operating in aqueous solutions. For examples, crown ether, cyclodextrin, calixarene, cucurbituril and pillararene have been used to create a number of applications including molecular machines, biomimetic systems, supramolecular catalysts, and stimuli responsive polymers. At the same time, it is huge challenging for both biologists and chemists to solve the poor solubility and non-targeted delivery of anticancer drugs. Molecular containers, which have the ability to encapsulate a therapeutic agent non-covalently within their cavity, have gained enormous attention in recent years. Herein, we design and synthesize a series of acyclic molecular container with a C-shaped, which are potential applications as drug delivery system for enhancing the solubility of drug and targeting drug to cancer cell. From this start, we hope this series of acyclic molecular containers that have excellent aqueous solubility and targeted ability will be widely used on solventing drug and targeted delivery. Accordingly, it is straightforward to imagine that explore a new route to achieve highly effective use of anti-cancer drugs by host-guest complex.

自然界的生物系统中，生物蛋白质主体参与生命体众多生理活动，扮演着极为关键的角色。受此启发，新型分子容器的设计与合成一直以来都是超分子化学的研究热点领域之一，例如冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲以及柱芳烃等经典大环分子的合成扩展了超分子化学的研究内容，并被广泛应用于分子机器、仿生系统、超分子催化、刺激响应聚合物等领域。与此同时，抗癌药物的溶解性和靶向传递等难题一直困扰着生化、药物等领域的研究。分子容器的药物传递体系是一类新颖的研究策略；我们在葫芦脲大环结构的基础上，设计和合成一系列具有C型结构的非环状分子容器，并着眼于药物传递领域，将这些功能性的非环状分子容器应用于解决药物传递过程中的众多难题，例如提高药物溶解性和赋予药物靶向传递能力等。本研究将以此为起点，期待该类新型的非环状分子容器能广泛应用于药物增溶和靶向传递等方面的研究，探寻出水溶性功能化主客体复合物对改善药物高效利用的新方法与新途径。

全球癌症发病率和死亡率总体呈现上升趋势；鉴于此，抗癌药物研发及其治疗效率的研究被提到前所未有的重要地位。然而，抗癌药物的溶解性和靶向传递等问题一直是化学、生物、材料等交叉领域的难题之一。在超分子化学研究领域，分子容器（主体）通过非共价键作用将小分子（客体）包结在自己的空腔内形成主客体复合物的过程，称为主客体识别。近年来，利用主客体识别原理、基于分子容器的药物传递体系被发展成为一种新颖的药物传递方式。我们以超分子化学研究为基础，大环化合物的官能团功能化为切入点，为解决抗癌药物靶向传递等难题进行深入的研究。基于此设想，我们在葫芦脲分子容器的基础上，设计和合成一系列功能化的超分子组装体系，并且在药物控释、癌症细胞荧光染色等领域进行了深入的探索。在本基金的支持下，我们分别在葫芦脲官能团功能化理论研究，基于葫芦脲组装体系的药物控释、癌症细胞荧光染色等研究以及在此本项目研究基础上延伸扩展的关于超分子配位框架材料构筑研究等四个方面取得了突破性的进展与重要的结果。在理论方面，我们对葫芦脲分子容器官能团功能化的研究领域进行了全面的综述总结，为后续的具有载药、细胞染色等功能的葫芦脲超分子组装体系的研究具有重要指导意义。在功能应用方面，我们通过对葫芦脲分子容器官能团功能化，实现了超分子两亲性囊泡、超分子纳米管、超分子有机框架等超分子结构的组装，并且将其作为药物载体应用到药物的装载与释放；实现了基于葫芦脲的刺激响应性组装和荧光体系的研究，并且将其应用于癌症细胞荧光染色。此外，我们首次提出超分子配位框架的概念，探索了这类阳离子框架作为载体应用于药物分子的选择性吸附和可控性释放。我们的研究结果实现了从理论研究到功能应用的跨越：葫芦脲的官能团功能化研究在推动该类分子容器的应用方面具有很重要的指导意义；药物控释和癌症细胞染色等方面的研究成果在生物探针、癌症诊断、药物传递等方面具有潜在的临床应用前景。