浙大Nature Commun.: 基于柱芳烴構建的超分子多肽用于可控自組裝和光動力治療

【背景介紹】

多肽具有生物相容性高、細胞透過性好、免疫原性低等優點，是在生物化學領域中的納米或大尺度功能材料的最佳選擇之一。通過20種天然氨基酸的組合可以制備出多種多樣的肽基材料，包括用于細胞外基質的水凝膠、用于生物傳感及催化的復合材料等。其中最令人感興趣的是經兩親性多肽自組裝形成的納米材料：由于親疏水作用和肽鏈之間的氫鍵，位于組裝體外表面的親水端基可以引入多種功能性序列，從而使組裝體得以實現多種多樣的生物學功能，促進了多肽組裝材料在生物學方面的應用。通過多肽序列調控和外部刺激，兩親性多肽能夠自組裝形成納米纖維、納米管、囊泡和納米顆粒（NPs）。這些多肽自組裝材料已被廣泛應用于藥物遞送、細胞成像和組織工程等生物學前沿研究。然而，大多數情況下多肽鏈一旦合成，肽鏈的共價修飾及共價改性需要重新固相合成和HPLC分離，步驟繁瑣且不經濟。同時，兩親性多肽的自組裝形貌不易控制。這些缺點阻礙了基于多肽的生物材料的相關探索和應用。
近年來，基于柱芳烴的超分子兩親分子正被廣泛地應用于可控自組裝及生物材料。與其它大環化合物相比，柱芳烴的功能化簡便、主客體親和性強和多重刺激響應性賦予了這些超分子兩親分子組裝體可控的形貌和優異的性能，例如用于控制釋放的囊泡和用于細胞成像的納米粒子。因此，將基于柱芳烴的超分子兩親分子與多肽自組裝結合起來，是一種很有前景的調控多肽行為的方法，可以用于多肽自組裝的形貌控制并進一步改善組裝體的功能。

【成果簡介】

最近，浙江大學化學系黃飛鶴教授、高分子系毛崢偉教授和美國國立衛生研究院喻國燦博士團隊合作報道了一種構筑超分子多肽的簡單方法，其可控的多肽自組裝擁有多種形貌并能應用于光動力治療中。他們利用基于柱[5]芳烴的主客體識別技術來構建超分子多肽，避免了多肽改良時的共價合成，提高了自組裝行為的可控性。他們進一步利用超分子多肽形成的納米粒子表面的半胱氨酸殘基和納米粒子內部輸水的內核封裝了光動力治療用的光敏劑四苯基卟啉。體內和體外的研究表明，超分子的修飾策略及ERGDS序列固有的靶向性大大提高了其光動力治療效率。這種超分子多肽在腫瘤的精準治療、多肽修飾與改良方面具有廣闊的應用前景。相關成果以“Supramolecular peptide constructed by molecular Lego allowing programmable self-assembly for photodynamic therapy”為題發表于知名學術期刊Nature Commun.上，第一作者為浙江大學化學系博士生朱黃天之。

【圖文導讀】

圖一、超分子肽的設計與結構示意圖
（a）PA，PyP和P5的化學結構及其表示；

（b）可控多肽自組裝和光動力治療過程的示意圖。

圖二、不同溫度下主客體相互作用的研究
（a）G1 + P5（5.00 mM）的2D NOESY譜圖（400 MHz，D₂O，25 ℃）；

（b~c）G1 + P5（5 mM）分別在（b）25 ℃、（c）45 ℃和（d）50 ℃下的1H NMR譜圖（400 MHz，D₂O）。

圖三、超分子多肽的自組裝調控及組裝形貌
SEM和TEM圖像：a，d PA；b，e P5 + PyP，25 °C；c，f P5 + PyP，45 ℃。

圖四、TPP@NPs的細胞攝取
（a）游離TPP（紅線）和TPP@NPs（黑線）不同時間孵育下的相對細胞攝取；

（b）細胞內吞抑制劑對A549細胞攝取TPP @ NPs的影響；

（c）通過TPP @ NPs（紅色），Lyso-tracker Green（染溶酶體，綠色）和DAPI（染細胞核核，藍色）染色的A549細胞的2D CLSM圖像。

圖五、體外光動力治療結果
（a）NPs和TPP@NPs在黑暗條件下對A549細胞的細胞毒性；

（b）TPP和TPP@NPs在660 nm激光照射下，不同照射時長對A549細胞的細胞毒性影響；

（c）光動力治療效率（細胞凋亡率）；

（d）不同濃度的TPP@NPs對ECs和A549細胞的光毒性；

（e）A549細胞的活死細胞染色：（i）對照組，（ii）單獨激光照射組，（iii）單獨加TPP@NPs組和（iv）TPP@NPs加激光照射組。激光邊界以白色虛線標出，暗區少量細胞死亡可能是由于激光準直性欠佳所致。

圖六、4T1荷瘤小鼠的體內PDT結果
（a）腫瘤體積變化；

（b）在一次注射后，用不同劑量和不同治療方式處理的4T1荷瘤小鼠的最終腫瘤重量；

（c）最終腫瘤圖片；

（d）在一次注射后，用不同劑量和不同治療方式處理的4T1荷瘤小鼠的體重變化。

【小結】

綜上所述，作者成功開發了一種簡便的策略來構建超分子多肽，其自組裝行為可以通過基于柱芳烴的主客體相互作用和溫度來控制。與傳統的共價鍵參與的多肽修飾相比，這種超分子多肽不需要共價合成與進一步純化，具有制備簡單、刺激響應性、可控性好等優點。此外，經非共價修飾后的肽鏈，其生物相容性和靶向性等功能得到了很大的保持，為構建肽基生物材料提供了一種簡便易行的方法。作者進一步研究發現，超分子多肽的組裝體可作為優良的納米載體，包封光敏劑，提高光敏劑效果，有效地消除腫瘤。因此，作者認為基于柱芳烴的主客體化學在控制多肽的自組裝和生物應用方面具有很大的應用潛力。

文獻鏈接：Supramolecular peptide constructed by molecular Lego allowing programmable self-assembly for photodynamic therapy（Nat. Commun., 2019, 10(1): 2412.）

本文由我亦是行人編譯。

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