共价-非共价杂化高分子的高效制备及其生物医学功能开发

Synthesis of biocompatible, self-adaptable, and self-healing polymers with integrated biological functions is of great importance to create biomedical materials. The project intends to develop covalent-noncovalent peptidic hybrid polymers by photocontrolled organocatalyzed living/controlled radical polymerization. Amphiphilic peptides are functionalized with polymerizable double bond, organic photocatalyst, chain transfer agent and chain initiator, respectively. The polymerization sites will be adjusted by three strategies to proceed with photocontrolled organocatalyzed living/controlled radical polymerization inside or outside the assemblies. Tuning the ratio of covalently and non-covalently bonded compartments, we will optimize the chemical stability and dynamic property of hybrid polymers and investigate their physical and chemical properties of resulting soft materials. In addition, the potential biomedical applications of covalent-noncovalent hybrid polymers，including serving as HUVEC cell culture matrix and pancreatic islet cells transplantation protective nanocoating materials, will be explored. This project aims at the development of new strategies to create advanced peptide-based biomaterials contributing to the revolution of stable, dynamic, and integrated biological functionalized artificial soft materials.

合成生物相容性好、可自适应、自修复及集成多种生物功能的高分子材料具有重要意义。本项目拟通过有机光催化活性/可控自由基聚合的方法高效合成共价-非共价多肽杂化高分子，并探索其在生物医学领域的应用。合理设计具有可聚合活性双键、有机光催化剂、链转移剂和链引发剂等功能化的新型两亲性多肽分子，改变功能分子键合位点调节聚合反应的区域选择性，通过共组装策略调整反应中心微环境，分别在组装结构内部和外部进行有机光催化自由基聚合。调节共价与非共价连接域的组分比例，优化杂化高分子的化学稳定性及分子动态性。进而设计具有促细胞粘附和抗凝血功能的多肽杂化高分子材料，作为内皮细胞的培养支架材料和胰岛细胞移植的纳米保护“涂层”，探索功能杂化高分子在细胞治疗领域的应用。本项目旨在发展兼具化学稳定性、分子动态性、生物兼容性的多功能软物质材料，推动杂化高分子材料在生物医学领域的应用。

基于多肽组装的新型生物医用功能材料设计及开发为主要研究内容，项目主要研究进展及结果分为多肽可控组装体系构建与生物医用功能材料开发两个方面。首先，为推动多肽自组装方法学发展，申请人发展了基于建立序列互补作用界面的模块基元设计方法，提出了多肽模块组装策略，推动解决多肽可控自组装过程中序列与结构不明确关系的难题，提高多肽组装设计效率。第二，申请人采用生物仿生设计策略，以致病性淀粉样蛋白PSMα3为模板，基于截短或突变方法设计合成了三个十一肽分子，研究了多肽分子自组装行为，考察多肽分子对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的抗菌活性。申请人基于4‑氨基脯氨酸五肽的结构特征，合成了HPV E7抗原肽功能化的五肽衍生物，通过共组装制备得到。同时，将4‑氨基脯氨酸替换成天然脯氨酸，通过共组装制备纳米颗粒多肽疫苗，考察疫苗形貌对疫苗免疫应答的影响。第三，申请人在二肽中引入氟代苯丙氨酸，分别与天然芳香氨基酸苯丙氨酸、络氨酸、色氨酸组合，设计合成六种二肽，考察二肽分子中极化芳香堆积作用在调控多肽组装形貌中的作用。