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树枝型大分子在药物输运以及其他生物医药领域的应用(转自小木虫)

已有 5847 次阅读 2009-5-11 21:33 |个人分类:未分类|系统分类:科研笔记


尽管树枝形分子的生物医学研究还处于初级阶段,但是它向我们展示的优越性促使越来越多的科学家投身到这个迷人的领域中来。相比于众多传统的高分子药物载体,树枝形分子具有很多特有的优势。从全局角度来分析,我们归纳为以下八点:

(1) 树枝形分子表面高密度和高反应活性的基团(氨基,羧基,羟基等)使得我们可以根据不同的需要修饰各式各样的生物活性分子到树枝形分子的表面,并且产生多共价效应。

(2) 树枝形分子的单分散性,可以预测的分子结构以及分子量保证了树枝形分子药物的药理活性以及药物代谢动力学行为的可重复性,这一点对于树枝形分子药物进入临床治疗是一个重要的保证。

(3) 树枝形分子的尺寸大小是由其代数决定的,这意味着可以选择不同代数的树枝形分子来满足我们不同的生物医学用途。树枝形分子的尺寸与多种生物分子如DNA,血红蛋白,人血清蛋白,细胞色素等尺寸相似,预计树枝形分子可以作为这些生物分子的模拟物。

(4) 树枝形分子高效地穿透细胞膜的能力使得与之结合的药物的细胞摄入水平大大提高,从而增加药物的疗效和生物利用度。

(5) 相比于许多天然蛋白和人工合成多肽作为药物载体,树枝形分子的非免疫原性使得其能够作为一个安全的药物载体在实际治疗中发挥作用。

(6) 树枝形分子在肿瘤组织或细胞具有较强的停留或穿透能力,也就是EPR效应,这种效应导致树枝形分子可以实现肿瘤组织的被动靶向给药。

(7) 基于树枝形分子的一套成熟的药物控制释放体系可以普遍起到降低药物的毒副作用,增加生物利用度和简化给药次数,增加病人的耐受度等作用,这些特点对实际临床治疗具有重要的意义。

(8) 树枝形分子的合成方法已经比较完善,多种合成策略可以帮助我们构建不同结构,不同组成,以及不同功能的树枝形分子,从而适应更为广泛的生物医学应用需求。

总的说来,树枝形分子作为一类新型,高效,生物兼容的高分子载体在生物医药领域有着极为广阔的应用前景。高分子化学家们通过高超的设计能力可以使得树枝形分子具有精确的结构和形态,可以在纳米尺度上实现多种生物医学用途。我们完全有理由相信:随着树枝形分子的应用体系日益完善,以及临床治疗的需求的不断提高,基于树枝形分子的药物运输系统必定会进入临床应用,为人类多种疾病的治疗开创新的局面。

树枝形分子(Dendrimer)一词来源于希腊语,由“Dendra”和“Mer”两个词根组成。“Dendra”是“树”的意思,“Mer”有“枝节”的意思。所以中文取名为“树枝形分子”。这种树枝形的结构来源于大自然的选择。我们可以在生活中随处发现它们的踪迹,比如宏观尺度的“树”, 毫米尺度的“雪花”,微米尺度的“神经元细胞”或“枝状细胞”, 以及纳米尺度的“树枝形分子”

从它们的结构来看,树之所以选择这种枝状结构是为了获得更多机会吸收阳光以用于光合作用,即获得更多的能量物质;雪花选择这种枝状结构是为了生成更加稳定更加漂亮的晶体结构;神经元细胞或者枝状细胞选择这种结构是为了获得更多的信号传导机会。因此针对树枝形分子,自然而然会有这样一些问题摆在我们面前:树枝形分子(Dendrimer)的枝状结构到底具有什么优点?这种结构可以给我们带来些什么?也许这正是树枝形分子在过去二十多年里吸引了如此之多的关注的重要原因。

树枝形分子的诞生源于人类对于自然界的积极仿效以及科研思路中基于人性的完美主义思潮。早在1941年,高分子化学家Flory就提出树枝状大分子在多官能团单体聚合产物中存在的可能性。20世纪70年代末,主客体化学和超分子化学的兴起促进了树枝形分子的发展。1978年德国化学家Vogtle 首次尝试用逐步重复的方法合成树枝形分子。由于所选择的反应产率较低,仅仅第二代的树枝形分子被合成出来,但这种合成策略因被随后的科学家们广泛采用而产生深远影响。 1984年可以认为是树枝形分子发展史上具有重要里程碑意义的一年,该领域的奠基人Tomalia首次报道了一个真正的树枝形分子的外向发散合成方法。这种名为“聚酰胺胺”(PAMAM)的树枝形分子已经成为当今研究最彻底,功能最全面的树枝形分子的代表。随后一系列的树枝形分子被合成出来,合成方法也随着这些研究的深入而不断革新。1990年Frechet等首次报道了用一种全新的内向收敛法合成树枝形分子。这种方法合成出来的聚苯醚型树枝形分子已经成为树枝形分子的重要分支。而1993年,Meijer 等用外向发散法合成出来的聚酰亚胺型(PPI)树枝形分子首次实现了大规模合成和商业化。从而为树枝形分子的广泛应用奠定了坚实的基础。




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