聚合物纳米碗作为细胞膜“打孔”工具的开发

In general, the method of nano-drugs delivery from outside to inside the cancer cells are conducted by endocytosis mechanism. In the actual treatment process, cancer cells have powerful self-defense effect that can discharge nano-drugs via exocytosis, having strong drug resistance and drug tolerance. In the project, a new composite structure has been proposed. The polymeric nano-bowl—Au nanoparticle composite structure could be synthesized through supramolecular self-assembly function and the main ingredients are drug/antibody modified Au nanoparticle, AIE conjugated polymers (AOCPs), polystyrene and poly acrylic acid copolymer (PS-PAA), benzoic acid or phenylboronic acid. In the course of actual treatment, the nano-bowl of composite structure can "invert" on the cancer’s cell membrane structures. This way of combining could damage the cell membrane structure and "punch" on the cell membrane. With the adjuvant therapy means such as ultrasonic, the load of drugs in the nano-bowl could be promoted to release inside the cancer cells via the hole on the cell membrane. And the signal of AOCPs fluorescent change could monitor the drug release process. The project expects to develop a "punch" tool on the cancer cell membrane structure and also to develop the universality of nano-drugs load "toolbox", implement efficient nano-drug delivery and therapy.

一般地，癌症治疗的纳米药物从癌细胞外递送到癌细胞内的给药方式是通过内吞作用机制来进行的。但在实际的治疗过程中，由于癌细胞强大的自我防御机制，可以将内吞进入细胞的纳米药物外排，产生非常强的耐药性和抗药性。本项目通过超分子自组装作用合成聚合物纳米碗—Au纳米粒子的复合结构。此复合结构是由药物/抗体修饰的Au纳米离子、AIE型共轭聚合物（AOCPs）、聚苯乙烯-聚丙烯酸共聚物、苯甲酸/苯硼酸进行共组装合成。在实际治疗过程中，纳米碗复合结构“倒扣”在癌细胞的薄膜结构上，利用光热效应破坏细胞的膜结构并进行 “打孔”，利用超声等辅助治疗手段让纳米碗中的负载药物通过 “孔洞”释放到癌细胞内，并通过AOCPs的荧光信号变化监控药物的释放过程。本项目希望发展出癌细胞膜结构的“打孔”工具和普适性的纳米药物负载“工具箱”，实现高效纳米药物递送和治疗。

本项目从制备共轭聚合物(CPs)的碗状自组装结构出发，围绕光学共轭分子的聚集态形貌/光学性质调控、两亲嵌段共聚物（聚苯乙烯-聚丙烯酸，PS-b-PAA）对有机光学共轭分子聚集态组装形貌和光学性质的影响以及功能性复合组装体结构的控制制备这几个方面做了深入的研究。. 第一，从共轭聚合物纳米碗（CPNBs）的形成、生长机制入手，站在分子结构的角度上，研究了在自组装过程中形成“碗状”组装的分子链相互作用机制。在含AIE结构单元的CPs与PS-b-PAA共组装的体系中，加入小分子干预剂苯硼酸（PBA）可以有效调控该类组装体的形貌和聚集体光学特性。. 第二，利用小分子干预剂在CPNBs中的作用，通过先加入苯胺再原位聚合的方法实现对CPNBs的功能化，制备了近红外-可见光吸收的功能化CPNBs，该类型的纳米组装体有望在光热-药物联合治疗以及光响应传感材料上得到应用。. 第三，在理解PS-b-PAA参与组装的CPNBs形成/生长机制的基础上，从聚合物分子结构工程的角度出发，在侧链结构中引入具有氢键互补作用的尿嘧啶基团，使其在组装中摆脱了对两亲嵌段共聚物的依赖，提供组装的氢键驱动力。制备出高稳定性的、大容量荧光存储的CPNBs组装体。同时，发现此类聚合物结构在构筑高稳定性、CPs聚集态白光组装体上具有非常突出的优势。由此可以看出，通过系统化的分子结构单元设计工程，也可以实现CPNBs的功能化。. 第四，在对CPNBs组装过程进行简化后，利用金纳米颗粒对该结构进行修饰，从目前已得到的数据分析，CPNBs可以通过物理吸附和氢键作用吸附Au纳米粒子，得到CPNBs-Au的复合结构。. 本项目目前所发现的结果和采用的研究方法，对共轭聚合物组装过程中分子链的相互作用机制研究、光学共轭分子的聚集态形貌和光效调控等方面的研究都具有极大的启发意义。其中涉及的分子组装过程中，关于光学共轭分子聚集态形貌和光效调控的方法和结论，可以应用到发展集成化、高灵敏度的纳米诊疗平台方面。