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蛋白药的纳米包封,化学艺术的理想展台(二) 精选

已有 9718 次阅读 2016-11-22 06:51 |系统分类:科研笔记| 投稿, 化学艺术, 蛋白药纳米载体, 高分子囊泡

       有一些蛋白药物(如某些酶),其治疗位点在靶细胞内部,而蛋白自己不能进入;还有一些蛋白药物(如调控肿瘤微环境的外源性抗体)须要将其局限于肿瘤组织附近而不得在全身分布。这些蛋白药物便需要纳米载体协助其进入靶细胞或集中于特定的组织。于是问题来了,采用常规的纳米包封方法(nanoencapsulation)制得的纳米颗粒常为疏水固体,蛋白置于其中自然构象不保(自然构象的改变可让蛋白从良药变为毒药);采用常见的脂质体作为载体,蛋白分子没有进入其内部的化学机制,而且其脆弱的结构以及冻干保护作用的缺位使得稳定的蛋白制剂难以成型。由于这些困难,蛋白以自然构象实现高效纳米包封成为一个有待解决的技术挑战。

       2000年美国滨州大学的科学家在《Science》上发表了高分子囊泡这一结构,其原理与脂质双层结构的脂质体相同,只不过脂质分子换成了更容易合成、更容易进行不同的结构设计、也更稳定的嵌段聚合物。在纳米包封蛋白药物这一点上,高分子囊泡和脂质体一样,靠随机过程实现低效包封,而且没有蛋白的保护或冻干保护作用,其蛋白包封率只有5%。不过我们看中了它优于脂质体的几个强项。

       我们决定带着高分子囊泡这一概念,回到物理化学的知识库中寻找艺术灵感。我们自然地想到上一回讲到的多糖与聚乙二醇(PEG)的水相-水相乳液系统:如果将稳定多糖分散相的扩散双电层(俗称Zeta电位)换成高分子囊泡的嵌段聚合物双层,岂不同时实现了蛋白药物的热力学分配和嵌段聚合物膜的纳米包封?妙哉!我们唯一需要做的是设计出特别喜欢呆在多糖相和聚乙二醇相界面的两亲性嵌段聚合物。这点小活本是化学家的盘中菜,我们很快合成了葡聚糖-聚己内酯和PEG-聚己内酯两种嵌段聚合物,预计它们共同存在时最喜欢呆在那个界面。


       我们在葡聚糖溶液中添加了2%的荧光葡聚糖,将其与聚乙二醇溶液在试管中互混后,得到了两相分层的溶液。如果在体系中添加PEG-聚己内酯,则上面的聚乙二醇相浑浊,说明嵌段聚合物在其中形成胶束;反之,向体系添加葡聚糖-聚己内酯,则下方的葡聚糖相浑浊。向体系同时添加葡聚糖-聚己内酯和PEG-聚己内酯两种嵌段聚合物,美妙发生了:两个聚合物水溶液不再分层,而形成了均匀的单相——高分子囊泡的溶液。当两种嵌段聚合物同在时,其背靠背(疏水靠疏水)排列在葡聚糖和聚乙二醇两相的界面是热力学上更有利的状态。


       下面的工作顺物理化学之理而欣然成章:1)我们不断增加嵌段聚合物对葡聚糖的比例,两种嵌段聚合物须要更大的比表面进行背靠背的排列,高分子囊泡的粒径依次由20微米以上降低到200纳米以下;2)将蛋白药(促红细胞生成素)置于其中,必然在蛋白友好的多糖分散相中优先分配,不对称双层膜营造的内外不同的化学环境使得包封率高达到90%,且蛋白活性完全保持。可爱的化学艺术啊,我要再拥抱亲吻你一回。

后记:这篇文章的投稿经验也成为值得一提的故事。我们查到《Nature Materials》不久前登出了一篇乏味的高分子囊泡的文章,内容是将一种(一种、一种、一种)嵌段聚合物涂层在固体表面,经过一系列操作可以制得大直径的高分子囊泡;于是兴冲冲地将妙文投递过去,标题为“Polymersomes of asymmetric bilayer”。编辑迅速回复:胶束的文章已经很多,不俱新颖性,建议投专业期刊。我方答约:这不是胶束,而是囊泡。编辑遂送审,三周后收到回复:不对称高分子囊泡已有文章,不具足够的新颖性,参见下列文献(2篇文章的出处)。我方答曰:已知所推荐的工作,其均为嵌段聚合物单层囊泡,我方的体系为双层膜,写在标题中,而且附有高分子囊泡的相导向组装和蛋白的热力学包封等独到的机制。编辑也看出哪方得理,建议申述。四个月后申述结果抵达,审稿人傲慢至极:坚持原来的判断——没有针对我们的申述理由给出一个字!!!气死人了!!!连写在标题中的词都忽略!!!

       不过后来想想:我国自己的学术评估机制问题更多,甚至国外期刊编辑和审稿人根本就是被包括国人在内的论文崇拜惯坏的,也就没有了脾气。四个月的白白傻等亏欠了急待毕业的学生,便迅速投向本三级学科最好的专业期刊 J. Controlled Release 发表。数月后的专业协会的年会上,期刊主编不知从哪串到身边,为这篇文章向我握手致谢;不久后邀请我加入了编委会。




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