聚二硫聚合物的合成及其生物应用探讨

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1、工程硕士学位论文聚二硫聚合物的合成及其生物应用探讨作者姓名杨文化工程领域材料工程校内指导教师吴水珠教授校外指导教师刘宝玉副研究员所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年1月SynthesisofPoly(disulfide)PolymersandTheirApplicationsintheBiologicalFieldADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YangWenhuaSupervisor：Prof.WuShuizhuSouthChinaUn

2、iversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TQ31学校代号：10561学号：201521016451华南理工大学硕士学位论文聚二硫聚合物的合成及其生物应用探讨作者姓名：杨文化指导教师姓名、职称：吴水珠教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：材料工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计ꇶ应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：功能材料论文提交日期：2018年1月9日论文答辩日期：2018年3月9日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：曾钫委员：吴水珠，侯贤锋摘

3、要将生物活性物质(如蛋白质、核酸等)高效地运送进细胞中是目前生物医药领域的研究热点和难点之一；因此设计高效的递送载体具有重要意义。针对该问题，本文设计并合成了两种新型的聚二硫聚合物(CPD)，考察了其对细胞膜的穿透能力，并以核酸或小分子药物为生物物质模型，探讨了其作为载体的生物相容性与细胞毒性，以及对这些生物物质的递送能力等。本论文的主要内容及相关结果如下：（1）分别利用经修饰过的聚乙二醇单甲醚(mPEG)和β-环糊精(βCD)为引发剂，以具有环状二硫结构且带正电荷的胍类衍生物为单体，碘乙酰胺为终止剂，通过开环二硫交换聚

4、合(Ring-openingdisulfide-exchangepolymerization)制得以二硫键(-S-S-)为主链的1两种新型阳离子聚合物mPEG-CPD及βCD-CPD。利用核磁共振氢谱(HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)、电喷雾电离质谱(ESI-MS)等对各中间体化合物及最终聚合产物进行结构表征，证实其结构正确性；并以所得聚合物为载体包载寡核苷酸或小分子疏水药物，由此制备了两种纳米络合体系。（2）使用凝胶电泳实验考察了载体与寡核苷酸的结合能力，结果表明两种载体对带负电荷的寡核苷酸均能进行高效吸附且线型聚二

5、硫聚合物mPEG-CPD由于其链段的柔性，较星型聚二硫聚合物βCD-CPD具有更高的寡核苷酸负载能力。在谷胱甘肽(GSH)或HeLa细胞裂解物的作用下两种体系均可快速释放寡核苷酸。采用动态光散射(DLS)和透射电子显微镜(TEM)考察了两种纳米络合体系的粒径及形貌，结果表明两种纳米络合体系均具有规则的球形结构，粒径分别约为30nm和80nm，在细胞培养基(含10%胎牛血清)中可较长时间(超过72小时)保持稳定，而在谷胱甘肽(GSH)的诱导下纳米微球则会很快解体坍塌。（3）探讨了两种载体的生物应用性能。细胞荧光成像实验结果

6、表明两种载体均可将其负载的物质高效快速地运送进细胞质中；细胞毒性(MTT)测试证实两种载体相较于商用的聚乙烯亚胺(PEI25KDa)均具有更低的细胞毒性，表现出更好的生物相容性；细胞转染实验表明mPEG-CPD及βCD-CPD作为核苷酸载体时比商用核酸载体-阳离子脂质体(Lipo3000)具有更高的转染效率；细胞毒性及凋亡实验表明两种纳米络合体系对HeLa细胞具有较强的杀伤作用。此外，以β-环糊精为核的星型聚合物可以同时高效地运送小分子药物和寡聚核苷酸进入细胞内，可望拓展聚二硫聚合物在生物领域的应用。关键词：聚二硫聚合物

7、；开环聚合；β-环糊精；荧光成像IAbstractTheefficientdeliveryofbioactivesubstances,includingsmallmolecules,nucleicacids,andpeptides/proteins,intocellsisofgreatimportanceforbiomedicalapplications.Inordertoachievehighdrugaccumulationinthecytosol,thedesignofefficientdeliverycarrier

8、sishighlydesirable.Inthispaper,wedesignedandsynthesizedtwonewtypesofpoly(disulfide)polymersbasedoncell-penetratingpoly(disulfide)s.Theirpenetratingabilityofcel