位点特异、结构明确的蛋白质-高分子缀合物的合成和表征

Protein-polymer conjugates are useful materials for various biological applications. However, the synthetic challenges such as low grafting efficiency, uncontrolled conjugation sites and stoichiometry, denatured or deactivated proteins in the course of reactions and processing, result in heterogeneous products that are unable to characterize and suboptimal physiochemical properties and biological functions. Moreover, only a limited number of polymers have been widely used to modify proteins to date. To address these limitations in this proposal, we aim to develop robust synthetic approaches and strategies enabling highly efficient protein-polymer conjugation under mid and biological relevant conditions. Coupled with advanced biotechnologies such as genetic incorporation of unnatural amino acids, we will investigate the use of various bio-orthogonal reactions for the generation of site-specific, structurally well-defined protein-polymer conjugates. Additionally, by synthesizing nontoxic, biodegradable and stimuli-responsive functional polymers using controlled polymerizations such as NCA ring-opening polymerization, we will produce a series of novel protein-polymer hybrids to study the modulation of protein activities by polymer conjugation, and apply them in a number of biomedical purposes.

蛋白质与高分子的缀合物是重要的生物材料和潜在药物。目前对蛋白质的高分子修饰在合成方法上不够理想，包括反应的接枝效率低，缺乏反应位点控制，最终产物成分复杂，难以表征；此外还只有少数几种高分子广泛用于蛋白质修饰。本项目将以发展高效、可控的蛋白质-高分子偶联合成方法和策略为首要目标，通过多种手段构建反应物之间的邻近效应，提高反应速度和接枝效率。利用基因导入非天然氨基酸等先进生物技术，定点地在蛋白质引入特殊的反应活性基团，探索多种生物正交反应用于构建位点特异、结构规整明确的蛋白质-高分子偶联物。通过多种聚合手段如NCA开环聚合，可控自由基聚合制备新型的高分子，尤其是无毒、可降解、刺激响应性的功能高分子材料，用于蛋白质偶联。系统表征和阐明偶联位点的选择和高分子的结构对蛋白质功能的独特调控方式。对此类材料的研究将有助于发展全新的化学手段，合成丰富的新材料用于生物医药应用。

蛋白质与高分子的缀合物（偶联物）是重要的生物材料和潜在药物。目前对蛋白质的高分子修饰在合成方法上不够理想，包括反应的接枝效率低，缺乏反应位点控制，最终产物成分复杂，难以表征；此外还只有少数几种高分子广泛用于蛋白质修饰。本项目以发展高效可控的蛋白质-高分子偶联合成方法为首要目标，通过设计新的NCA开环聚合引发剂，实现了聚氨基酸的可控聚合与原位官能团化，并进而以简洁的步骤合成了位点特异且具有不同拓扑结构的蛋白质-高分子缀合物；设计和合成了多种新颖的功能高分子材料，展现出应用于蛋白质缀合物的潜力；初步探究了拓扑结构依赖的蛋白质药物体内活性，利用大环化蛋白质-高分子偶联物实现了优异的肿瘤渗透能力及体内药学活性。项目一共发表论文11篇，申请国内专利4项，国际专利1项。以上科研成果紧密围绕项目主旨，发展了一批具有广阔应用前景的蛋白质-高分子偶联物，为我国在蛋白质的高分子修饰与改性、蛋白质药物开发等领域提供了扎实的理论与实验基础。