11月3日，中國科學技術大學化學與材料科學學院、中科院軟物質化學重點實驗室劉世勇教授課題組在國際學術期刊《自然-化學》(Nature Chemistry) 上發(fā)表了題為 “Digital micelles of encoded polymeric amphiphiles for direct sequence reading and ex vivo label-free quantification” 的研究論文。該工作報道了精準編碼兩親性高分子的合成和在質譜測序，數碼膠束構建以及復雜生物體系中無標記定量中的研究。
定量研究聚合物納米粒子的生物分布對于評估納米藥物診療效果及體內命運至關重要。常見的熒光和同位素標記技術主要依賴于化學修飾，而化學修飾后可能改變聚合物納米粒子的理化性質進而影響其生物分布。同時，傳統聚合物由于分子量的寬分布、鏈長不均一、序列不明確等固有特性導致無標記定量聚合物的獲得極具挑戰(zhàn)性，這一局限性直接影響聚合物納米藥物的臨床轉化。因此，發(fā)展聚合物納米粒子的精確量化策略對于進一步推動納米醫(yī)學的設計和轉化具有重要意義。
經過充分的前期調研，研究人員設想如果聚合物能滿足以下要求，則可用質譜實現聚合物的精準定量：1) 聚合物結構精確，具有適當的單一分子量，以避免豐富生物大分子的干擾；2) 易于識別，可實現聚合物序列直讀和無標記定量；3)可有效離子化，在復雜的生物體系中具有高質譜檢測靈敏度。
圖 1. 精準編碼兩親性聚合物的序列直讀。
此外，研究人員還發(fā)現這些新型精準編碼兩親性聚合物可以自組裝成不同形貌的數碼膠束，其組裝形貌受到聚合物主鏈序列的嚴格控制，這為探索納米粒子在體內的命運提供了豐富的軟物質納米載體模型 (圖2)。
圖3. 在器官和組織切片水平上對數碼膠束進行識別和無標記定量。
本工作為解決聚合物納米粒子的生物分布定量問題提供了全新思路，且PEG dendron增強的MALDI定量和解碼策略可以進一步用于多肽/蛋白質/DNA和其他天然/合成分子的測序及定量研究。當前，該課題組正在基于這一進展開展三方面的深入研究：1) 基于數碼膠束無標記定量技術的蛋白質組學與蛋白冠主動精準調控；2) 基于數碼油墨的無法反向破解的加密打印和信息安全存儲；3) 基于該類單鏈選鍵化學和精準高分子材料化學創(chuàng)制單一組分極紫外光刻膠，這一設想已在中國科大微納研究與制造中心的全力配合下獲原理性驗證。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41557-022-01076-y
作者簡介
劉世勇，中國科學技術大學教授、化學與材料科學學院執(zhí)行院長，中科院軟物質化學重點實驗室主任，中科院百人計劃，“長江學者”特聘教授，國家杰青，“萬人計劃”領軍人才。主要從事有機高分子和軟物質功能體系的定制合成，有序聚集體微結構調控，以及性能研究。根據有機分子模塊化構筑和超分子次價鍵協同原理，近年的研究興趣重點聚焦精準高分子材料化學，開展精準序列可控合成高分子、單一分子量精準聚乙二醇(PEG)及其功能衍生物和藥物制劑、分子探針與造影劑、納米材料蛋白質冠主動精準調控、面向極紫外應用的單組份高性能光刻膠、遠離平衡態(tài)自催化反應體系對L-構型氨基酸的動力學選擇性(生命同手性起源難題)等相關基礎和應用基礎研究。在Nat. Chem., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Phys. Rev. Lett., Nat. Commun., Adv. Mater., CCS Chem.等國際刊物發(fā)表通訊/第一作者論文230余篇，總引用21,000余次（H指數82），F擔任美國化學會 Chem. Mater. (2018-)副主編, Chin. J. Polym. Sci. 副主編，以及其他17份國際國內期刊的(顧問)編委。以項目負責人身份(曾)承擔基金委重大項目和重點項目，基金委創(chuàng)新研究群體、科技部國家重點研發(fā)計劃變革性技術專項等。
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