含荧光探针和光敏剂的超分子超支化聚合物的构筑及其诊疗一体化研究

The construction of functional theranostic carriers is essential for the accurate diagnosis and therapy of cancer. However, the preparation of degradable nano-carriers with precise diagnosis and therapy of tumour remain a challenging topic. In this proposal, fluorescence probe, photosensitizer, β-cyclodextrin and benzimidazole were introduced into one functional AB2-type monomer. Based on the host-guest interactions between β-cyclodextrin and benzimidazole, supramolecular hyperbranched polymers (SHPs) which revealed the lower viscosity, abundant functional units and responsive self-assembly properties were constructed. Moreover, the H2S responsive fluorescent probe and photosensitizer in SHPs were utilized for rapid diagnosis and treatment of tumour. The mechanisms of diagnosis using the fluorescent probe and therapy of tumour using the photosensitizer were systematically investigated. The models of cell experiment and animal experiment were constructed, and the mechanism of tumour diagnosis and photodynamic therapy was investigated at both cellular and molecular level. The aim is to construct SHPs carrier model for integrating both diagnosis and therapy, providing theoretical data and scientific approach in the field of supramolecular polymers based theranostic carriers.

诊疗一体化多功能载体的构筑与功能研究是实现肿瘤精确诊断和治疗的关键问题，然而如何制备既可降解又具有诊疗功能的纳米载体仍是一个具有挑战性的课题。本研究在分子设计的基础上，将响应性荧光探针、光敏剂、β-环糊精和苯并咪唑分子引入AB2主客体型单体中，利用β-环糊精和苯并咪唑的主客体包合作用构筑具有诊疗功能的超分子超支化聚合物(SHPs)。SHPs不仅具有溶液粘度低、功能基元丰富、响应性解离等优势，还可进一步通过体系内硫化氢响应性荧光探针和光敏剂基元实现肿瘤组织的快速诊断和光动力治疗功能集成。通过开展相关实验，掌握SHPs的构筑机制、形态结构控制要素；系统研究体系荧光探针诊断成像和光敏剂治疗机制；建立细胞和动物实验模型，在细胞和分子水平上研究SHPs肿瘤诊断和光动力治疗的诊疗机理，以期建立含荧光探针和光敏剂的SHPs载体模型，为超分子聚合物载体在诊疗一体化功能研究方面提供重要的理论依据和科学方法。

近年来不断增长的癌症发病率严重威胁着人类健康，而化学药物治疗是目前最有效的癌症治疗方式之一，但大多抗癌药物具有水溶性和靶向性差的特点，因此生物利用率较低，并会对正常组织表现出细胞毒性，损害正常组织。利用肿瘤组织区别于正常组织的细胞微环境，设计制备具有一定尺寸、靶向性和刺激响应性的药物载体，有望提高化疗药物的治疗效果。超分子聚合物以非共价键作为构筑驱动力，具有动态可逆的特点以及多种环境刺激响应性，其中以主客体识别作用构筑的超分子聚合物表现出环境刺激下的包合-解包合特性，并可在合适条件下采用“模块化”策略进行简易构筑，受到广大研究者的青睐。这其中，β-环糊精作为一种常用的大环主体分子，具有生物相容性好、廉价易得的优点，并能增强细胞膜吸收，促进在细胞膜的渗透，具有十分优异的性能表现。本项目通过主客体识别作用构筑几种智能响应型超分子纳米载体，用以抗癌药物的靶向输送和可控释放。主要包括：1）主客体型超分子聚合物组装体的构筑及其生物医用研究(Chem. Asian J. 2018, 13, 3903-911; Carbohydrate Polymers. 2020, 246, 116654; Macromolecules 2020,53,4255-4263;化学通报 2021, 3, 225-231)；2）超分子超支化聚合物的构筑及其生物医用研究 (Beilstein J. Org. Chem. 2019, 15, 1925-1932; Carbohydrate Polymers. 2019, 213, 411-418; Carbohydrate Polymers. 2020, 231, 115714)；3）超支化聚合物自递送载体的制备及其生物医用研究(Polymer Chemistry. 2020, 11, 5810-5818; 化学进展, 2020, 32，1879-1884)。这些超分子组装体的构筑有望进一步应用于肿瘤内环境刺激响应性药物控释以及靶向治疗。主客体型超分子组装体动态可逆的特性使其适于生物医用，后续的工作会着力拓展其在化学动力学治疗，气体治疗等方面的功能与应用。