細胞內(nèi)化學環(huán)境具有高度復雜性并且細胞對外部刺激極為敏感，因此利用化學手段在活細胞內(nèi)實現(xiàn)非天然分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，特別是人工大分子合成一直以來都較為困難，但科研人員對這一領(lǐng)域的探索卻從未停止。可以試想如果將人工大分子引入細胞內(nèi)，他們是否會與天然大分子發(fā)生相互作用，是否會影響細胞行為，是否會改變細胞原有的功能，是否能殺死腫瘤細胞實現(xiàn)腫瘤治療？更進一步，人工大分子是否能替代某些天然分子恢復受損細胞的功能，是否能按人類的意愿使細胞獲得新的功能？但由于相關(guān)技術(shù)所限，對這些問題的探索目前僅僅處于起步階段。

基于以上背景，中科院深圳先進技術(shù)研究院的耿晉團隊在前期工作中探索了在活細胞內(nèi)構(gòu)建人工大分子聚合物的可能性，發(fā)現(xiàn)細胞內(nèi)聚合能顯著改變細胞周期、細胞骨架結(jié)構(gòu)、以及細胞運動能力等性質(zhì)，并在Nature Chemistry(2019, 11, 578)上報道了此研究成果。在此研究的基礎(chǔ)上，作者團隊進一步突破創(chuàng)新，開發(fā)了一種全新的基于光控細胞內(nèi)聚合的腫瘤精準治療新方法，以“Controlled Intracellular Polymerisation for Cancer Treatment”為題發(fā)表在JACS au。深圳先進院張一川博士和高權(quán)博士為共同第一作者，耿晉研究員為通訊作者。

研究團隊利用光控PET-RAFT聚合替代自由基聚合的方法，實現(xiàn)了分子量可預測、可調(diào)控的聚合物合成方法學開發(fā)，同時使所獲得聚合物的分子量分布大幅降低，有效提高了聚合物的規(guī)整度，并且有效提高了細胞內(nèi)聚合體系在時間、空間上的可控性和可重復性，大幅減少單體及引發(fā)劑的用量，降低聚合反應物體系本身對細胞產(chǎn)生的毒性。同時我們對細胞內(nèi)聚合體系的應用潛力進行了進一步探索，以腫瘤治療為目的對聚合單體庫進行了更大范圍的篩選，并成功發(fā)展了一種基于細胞內(nèi)聚合的精準腫瘤治療體系。通過對細胞毒性的篩查研究，我們發(fā)現(xiàn)了一類本身具有較低毒性的丙烯酰胺聚合單體能夠在聚合后顯著提高其細胞毒性，高效引起腫瘤細胞的凋亡和壞死，和高效抑制腫瘤轉(zhuǎn)移，并利用這一性質(zhì)開發(fā)了一種全新精準腫瘤治療方法。

圖1：細胞內(nèi)聚合在動物模型上抑制腫瘤發(fā)展及轉(zhuǎn)移

特別是研究團隊對細胞內(nèi)聚合前藥體系的生物安全性進行了驗證，發(fā)現(xiàn)實驗動物的體重、血液學參數(shù)以及主要器官的組織學特征都沒有受到細胞內(nèi)聚合或任意組分給藥的影響，充分驗證了該體系的生物安全性。基于以上研究成果，耿晉相信本工作所開發(fā)的基于細胞內(nèi)聚合的精準腫瘤治療方法將開啟聚合物治療癌癥治療的全新篇章。

該研究獲得國家自然科學基金、中國科學院、廣東省及深圳市等項目的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.1c00373

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