三硫酯功能化的聚多肽设计、合成及其生物医学领域的应用研究

Design and synthesis polypeptides bearing trithiocarbonate functionality and combing NCA ring-opening polymerization with RAFT polymerization to produce side-chain functionalized hydrophilic polypeptides will contribute to expanding the applications of polypeptide in the biomedical field. Three new amino acids-based N-carboxyanhydride monomers containing trithiocarbonate functionality will be designed and synthesized. Combining NCA ring-opening polymerization with RAFT polymerization will produce hydrophilic polypeptides bearing trithiocarbonate functionality. Simple reduction of trithiocarbonate functionality will introduce the thiol to the polypeptides. Water-soluble QDs will be obtained by ligand exchange procedures using the polypeptide-based ligands. Hydrogels will also be generated by adding the macromolecular crosslinking agent. This method will offer a new way to the formation of functionalized polypeptides and promote the applications of polypeptide in the biomedical field.

开展三硫酯功能化聚多肽的设计与合成，并进一步结合NCA开环聚合与RAFT聚合，制备侧链功能化的水溶性聚多肽材料，对于拓展聚多肽材料在生物医学领域的应用具有十分重要的意义。本课题拟设计合成三种新型的三硫酯功能化的氨基酸（天冬氨酸、半胱氨酸、丝氨酸）NCA单体，并通过NCA开环聚合与RAFT聚合相结合，制备出一系列三硫酯功能化的水溶性聚多肽材料。在此基础上，将三硫酯基团还原成巯基，利用巯基与量子点表面间的相互作用，进行配体交换，制备出水溶性的量子点材料；利用巯基与烯烃之间的迈克尔加成反应，制备出聚多肽水凝胶，并评价其作为细胞培养和组织工程支架的可行性。本课题的开展，将丰富侧链功能化的聚多肽材料的合成方法，并推动这类新型材料在生物医学领域的应用。

侧链功能化的聚多肽（即功能性聚多肽）具有良好的生物降解性、生物相容性及某些特殊功能，在组织工程、药物传递等领域具有广泛的应用。但当前合成侧链功能化聚多肽的方法仍然相对较少，因此，开发合成具有特殊功能的功能性聚多肽的方法具有重要意义。本项目中，以氨基酸为起始原料，设计合成了三硫酯功能化的氨基酸NCA单体，通过NCA开环聚合与RAFT聚合相结合，成功的制备出三硫酯功能化的水溶性的多齿梳型聚多肽材料。在此基础上，通过三硫酯还原及配体交换等操作，成功的得到了水溶性的量子点。对所制备量子点材料的性能进行了研究，结果表明其具有较低的细胞毒性及较高的荧光量子效率，能够进入到细胞内，发出明亮的荧光，表明其在生物成像领域具有潜在的应用。同时，还发展一种侧链带有季铵盐阳离子的抗菌性聚多肽的高效合成方法。该方法是以赖氨酸为起始原料，通过简单高效的成环及甲基化等步骤，得到带有二甲胺基的环状赖氨酸单体，再利用开环聚合及聚合后功能化等操作，高效的得到侧链带有季铵盐阳离子的聚多肽材料。利用体外抑菌实验、MTT实验及溶血性实验等对所制备聚多肽的抗菌性能、细胞毒性及溶血性能进行了详细研究。结果表明，我们所制备的聚多肽材料对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌均表现出优异的抗菌性能，同时其具有较低的细胞毒性及溶血性能，以上实验结果表明其在抗菌材料领域具有潜在的应用价值。另外，还发展了一种侧链带有羧酸阴离子的保湿性聚多肽的合成方法。以L-天冬氨酸为起始原料，通过缩合聚合制备出了化妆品级的聚天冬氨酸钠，研究结果表明，其具有良好的耐酸碱性、耐温性及兼容性，达到了化妆品使用标准，可作为保湿剂添加到化妆品中。.以上研究工作发展了功能性聚多肽的合成新方法，促进了功能性聚多肽材料在实际中的应用。本项目研究成果共发表SCI论文3篇，申请中国发明专利3项（授权2项），培养博士研究生1名，硕士研究生2名。