刺激响应功能聚合物对细胞生物功能的调控研究

The controllable function regulation of biological systems through chemical or biological technology is of great significance on understanding the life processes and the prevention and treatment of major diseases. Taking the interdisciplinary advantage of chemical, biological and medical studies, this project will focus on the design of responsive polymer systems and the regulation of cell biological function. The main research work includes: 1) preparing external stimuli-responsive(light, pH and biological and chemical molecules) functional polymers for constructing new polymer-cell assembly system; 2) regulating intercellular communications by assembly and disassembly processes of polymer with cells; 3) tuning polymer size, configuration and recognition format to control their accurate interactions with cell surface receptors, and to realize controlled regulation of cell signaling pathways. This project not only can develop function directed new system and new technology of self-assembly,but also can provide theoretical and experimental basis for the cell biological function regulation through biophysical chemical technique.

生物体系功能的可控调控对研究生命过程以及重大疾病防治都具有重要的意义。本项目充分发挥化学、生物和医学交叉研究的优势，围绕光响应聚合物体系的设计以及调控细胞生物学功能展开工作。主要研究工作包括：制备外界刺激响应（光、pH 以及生物、化学分子）的功能聚合物，构建新型的聚合物与细胞的组装体系，利用光、pH 以及生物、化学分子刺激，研究聚合物与细胞的相互作用过程，实现对细胞间通讯的调控；通过控制聚合物的尺寸、构型、识别模式研究其与细胞表面受体的可控组装，实现对细胞信号通路的可控调控。本项目既可以发展功能导向的化学组装新体系和新技术，又可以为通过生物物理化学方法与技术调控细胞生物功能提供理论与实验基础。

按照申请书所提出的研究任务，立足化学与生物学学科交叉前沿，围绕光响应聚合物体系的设计以及调控细胞生物学功能开展了系统深入的研究。本项目按计划进行，圆满完成了任务。发展了生物功能导向的自组装新体系和新技术，为通过生物物理化学方法与技术实现对细胞生物功能的调控提供理论与实验基础。具体设计合成刺激响应的共轭聚合物材料，结合光学技术，首次通过非侵入性的远程光操作实现了肿瘤细胞的耐药性调控，为克服肿瘤细胞的耐药性提供了新策略，通过细胞内自组装技术实现抗肿瘤药物疗效的大幅提高。开发了一种新的、非传统的策略，首次构建了可逆抗生素超分子组装体系，通过组装与解组装过程，抗菌治疗时“开启”抗生素活性，治疗后“关闭”其抗菌活性，可极大避免细菌对活性抗生素分子产生耐药性。该体系利用需要时触发生物组装体发挥其特定功能作用的策略，为疾病精准治疗提供了新方法与新模式，并为克服细菌耐药性和降低药物毒副作用难题提出了新思路。利用生物素修饰的寡聚物链霉亲和素修饰的微米磁珠的特异性作用，通过自下而上的组装方法制备了具有光活性、磁响应性及生物识别活性的多功能微米尺寸磁珠组装体，成功介导了靶向细胞的组装。该工作提供了一个概念简单且容易实现的制备多功能材料的方法，通过该方法可实现细胞的有序组装，进而实现对细胞间通讯信号的调控。利用新型阳离子共轭聚合物诱导细菌群体感应，群体感应是细菌细胞之间相互交流的通讯机制，该研究为了解细胞间的通讯和调节细菌的生物学功能提供了重要的理论指导。这些研究成果对生命本质的理论研究以及重大疾病防治都具有重要的意义。