然而，原始的或未经润色的功能核酸，犹如另一类广为人知的生物分子多肽一样，在人体体内的半衰期极短。一方面，人体细胞或组织里广泛存在核酸酶 （Nuclease），可以引起功能核酸主链的磷酸二酯键的水解。另一方面，功能核酸的分子量相对较小，极易被人体代谢打消。此外，核酸主链显电负性，与同样带负电荷的细胞膜产生相互排斥的静电浸染。因此，核酸进入细胞每每须要借助载体的帮助。
近日，美国佛罗里达大学的科学家们联手开拓了一种合成三维功能核酸纳米材料的新方法。他们利用聚合勾引自组装技能 （Polymerization Induced Self-Assembly）成功将功能核酸分子组装在聚合物纳米颗粒的界面。比较于未经润色的功能核酸分子，这种新型的功能核酸超分子纳米材料展现出精良的稳定性以及细胞膜穿透性 （图一），为功能核酸在未来的实际运用供应了一条新颖而可行的路子。本文的第一作者为佛罗里达大学化学系的杨璐博士。通讯作者为中科院院士，湖南大学化学系教授谭蔚泓院士。该文近期揭橥在Wiley旗下著名化学生物领域期刊ChemBioChem。
图一：聚合勾引自组装制备三维功能核酸聚合物超分子纳米颗粒。
本文作者首先在功能核酸的末端引入了链转移剂，然后利用光引发可逆加成断裂转移聚合（Photo-RAFT）方法在水溶液中进行单体HPMA的链式可控聚合 （图一和图二）。他们首先研究了核酸适配体Sgc8在这个聚合体系中的组装行为。作者创造随着聚合反应的进行，PHPMA嵌段逐渐增长并且水溶性低落，从而完成原位自组装成核。该过程形成了以核酸分子为壳，PHPMA聚合物为核的超分子纳米颗粒。随后的聚合反应紧张在疏水的PHPMA核内进行。随着聚合度的连续增长，Sgc8核酸纳米颗粒的描述从基本的球形逐渐进化到棒状，纳米线，乃至囊泡构造（图三）值得把稳的是，作者奥妙地利用了葡糖氧化酶 (Glucose oxidase) 以及葡萄糖将水溶液体系的氧气除尽，担保了自由基聚合反应的高效进行。
图二：功能核酸高分子两嵌段聚合物的合成路径以及聚合归天学构造。
图三：聚合勾引自组装制备的Sgc8核酸适配体聚合物纳米颗粒描述。透射电镜图表明核酸聚合物纳米颗粒的描述随着聚合度的增高而逐渐进化。
接下来作者系统性地研究了Sgc8核酸聚合物纳米颗粒在血清中的稳定性，以及它们对人急性淋巴细胞白血病T淋巴细胞（CCRF-CEM）的靶向和膜穿透能力 （图四）。他们通过凝胶电泳创造未经润色的Sgc8分子在10%的胎牛血清里降解速率很快，对应的条带在十二小时后基本消逝。作为比拟，Sgc8-PHPMA纳米颗粒的稳定性明显高于单独的Sgc8分子。这些核酸纳米颗粒在十二小时乃至二十四小时后依旧保留了大量完全的Sgc8构造 （图四A）。接下来作者创造Sgc8-PHPMA纳米颗粒保留了Sgc8核酸分子对CCRF-CEM特异性靶向的功能，并且穿透并进入CEM细胞的能力远远强于单独的Sgc8分子（图四B和C）。
图四：（A）凝胶电泳表征Sgc8分子以及Sgc8-PHPMA纳米颗粒在10% 胎牛血清里的稳定性；（B）流式细胞仪验证Sgc8-PHPMA纳米颗粒对CCRF-CEM细胞的独特靶向性；（C）共聚焦显微镜不雅观察Sgc8-PHPMA纳米颗粒穿透细胞膜，进入细胞的行为。
末了，作者将这个合成方法拓展到了CpG寡脱氧核苷酸，一类被广泛运用的免疫增强剂。与前文所述的Sgc8体系的结果类似，他们成功地制备出不同尺寸和不同描述的CpG-PHPMA纳米颗粒。他们创造CpG-PHPMA纳米颗粒在血清里的稳定性，细胞内递送，以及免疫增强效果都要显著优于单独的CpG核酸分子（图五）。
图五：CpG核酸纳米颗粒的血清稳定性（A），细胞内递送（B），以及免疫增强实验（C和D）。
总之，这项研究奥妙地将当代可控聚合技能运用在功能核酸的构造设计上，制备出一系列构造稳定，性能精良的功能核酸超分子纳米材料，为此类生物质料在未来的实际运用供应了一条全新的思路。
参考文献：
Lu Yang et al. “Enhancing nucleolytic resistance and bioactivity of functional nucleic acids by diverse nanostructures via in situ polymerization-induced self-assembly”, ChemBioChem,2020, doi:10.1002/cbic.202000712.
本文链接：
https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cbic.202000712
来源：高分子科学前沿
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