浙大Nature Commun.: 基于柱芳烃构建的超分子多肽用于可控自组装和光动力治疗

【背景介绍】

多肽具有生物相容性高、细胞透过性好、免疫原性低等优点，是在生物化学领域中的纳米或大尺度功能材料的最佳选择之一。通过20种天然氨基酸的组合可以制备出多种多样的肽基材料，包括用于细胞外基质的水凝胶、用于生物传感及催化的复合材料等。其中最令人感兴趣的是经两亲性多肽自组装形成的纳米材料：由于亲疏水作用和肽链之间的氢键，位于组装体外表面的亲水端基可以引入多种功能性序列，从而使组装体得以实现多种多样的生物学功能，促进了多肽组装材料在生物学方面的应用。通过多肽序列调控和外部刺激，两亲性多肽能够自组装形成纳米纤维、纳米管、囊泡和纳米颗粒（NPs）。这些多肽自组装材料已被广泛应用于药物递送、细胞成像和组织工程等生物学前沿研究。然而，大多数情况下多肽链一旦合成，肽链的共价修饰及共价改性需要重新固相合成和HPLC分离，步骤繁琐且不经济。同时，两亲性多肽的自组装形貌不易控制。这些缺点阻碍了基于多肽的生物材料的相关探索和应用。
近年来，基于柱芳烃的超分子两亲分子正被广泛地应用于可控自组装及生物材料。与其它大环化合物相比，柱芳烃的功能化简便、主客体亲和性强和多重刺激响应性赋予了这些超分子两亲分子组装体可控的形貌和优异的性能，例如用于控制释放的囊泡和用于细胞成像的纳米粒子。因此，将基于柱芳烃的超分子两亲分子与多肽自组装结合起来，是一种很有前景的调控多肽行为的方法，可以用于多肽自组装的形貌控制并进一步改善组装体的功能。

【成果简介】

最近，浙江大学化学系黄飞鹤教授、高分子系毛峥伟教授和美国国立卫生研究院喻国灿博士团队合作报道了一种构筑超分子多肽的简单方法，其可控的多肽自组装拥有多种形貌并能应用于光动力治疗中。他们利用基于柱[5]芳烃的主客体识别技术来构建超分子多肽，避免了多肽改良时的共价合成，提高了自组装行为的可控性。他们进一步利用超分子多肽形成的纳米粒子表面的半胱氨酸残基和纳米粒子内部输水的内核封装了光动力治疗用的光敏剂四苯基卟啉。体内和体外的研究表明，超分子的修饰策略及ERGDS序列固有的靶向性大大提高了其光动力治疗效率。这种超分子多肽在肿瘤的精准治疗、多肽修饰与改良方面具有广阔的应用前景。相关成果以“Supramolecular peptide constructed by molecular Lego allowing programmable self-assembly for photodynamic therapy”为题发表于知名学术期刊Nature Commun.上，第一作者为浙江大学化学系博士生朱黄天之。

【图文导读】

图一、超分子肽的设计与结构示意图
（a）PA，PyP和P5的化学结构及其表示；

（b）可控多肽自组装和光动力治疗过程的示意图。

图二、不同温度下主客体相互作用的研究
（a）G1 + P5（5.00 mM）的2D NOESY谱图（400 MHz，D₂O，25 ℃）；

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

图三、超分子多肽的自组装调控及组装形貌
SEM和TEM图像：a，d PA；b，e P5 + PyP，25 °C；c，f P5 + PyP，45 ℃。

图四、TPP@NPs的细胞摄取
（a）游离TPP（红线）和TPP@NPs（黑线）不同时间孵育下的相对细胞摄取；

（b）细胞内吞抑制剂对A549细胞摄取TPP @ NPs的影响；

（c）通过TPP @ NPs（红色），Lyso-tracker Green（染溶酶体，绿色）和DAPI（染细胞核核，蓝色）染色的A549细胞的2D CLSM图像。

图五、体外光动力治疗结果
（a）NPs和TPP@NPs在黑暗条件下对A549细胞的细胞毒性；

（b）TPP和TPP@NPs在660 nm激光照射下，不同照射时长对A549细胞的细胞毒性影响；

（c）光动力治疗效率（细胞凋亡率）；

（d）不同浓度的TPP@NPs对ECs和A549细胞的光毒性；

（e）A549细胞的活死细胞染色：（i）对照组，（ii）单独激光照射组，（iii）单独加TPP@NPs组和（iv）TPP@NPs加激光照射组。激光边界以白色虚线标出，暗区少量细胞死亡可能是由于激光准直性欠佳所致。

图六、4T1荷瘤小鼠的体内PDT结果
（a）肿瘤体积变化；

（b）在一次注射后，用不同剂量和不同治疗方式处理的4T1荷瘤小鼠的最终肿瘤重量；

（c）最终肿瘤图片；

（d）在一次注射后，用不同剂量和不同治疗方式处理的4T1荷瘤小鼠的体重变化。

【小结】

综上所述，作者成功开发了一种简便的策略来构建超分子多肽，其自组装行为可以通过基于柱芳烃的主客体相互作用和温度来控制。与传统的共价键参与的多肽修饰相比，这种超分子多肽不需要共价合成与进一步纯化，具有制备简单、刺激响应性、可控性好等优点。此外，经非共价修饰后的肽链，其生物相容性和靶向性等功能得到了很大的保持，为构建肽基生物材料提供了一种简便易行的方法。作者进一步研究发现，超分子多肽的组装体可作为优良的纳米载体，包封光敏剂，提高光敏剂效果，有效地消除肿瘤。因此，作者认为基于柱芳烃的主客体化学在控制多肽的自组装和生物应用方面具有很大的应用潜力。

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

本文由我亦是行人编译。

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