由麻省理工学院化学家合成的可降解聚合物 - 可以在体内分解

新的麻省理工学院聚合物

麻省理工学院的化学家们设计了一种新型聚合物,它包含了一种特殊的单体(黄色),这种单体可以帮助聚合物在特定条件下更容易分解。信贷:德民刘

材料可用于在体内传递药物或显像剂;可以替代一些工业塑料。

麻省理工学院化学家们发明了一种合成聚合物的方法,这种聚合物在人体内和环境中更容易分解。

一种称为开环复分解聚合(ROMP)的化学反应可以方便地构建用于各种用途的新型聚合物,如纳米制造、高性能树脂、递送药物或显像剂等。然而,这种合成方法的一个缺点是,生成的聚合物在自然环境中不能自然分解,比如在体内。

麻省理工学院的研究小组已经想出了一种方法,通过在聚合物的主干上添加一种新型的构件,使这些聚合物更加可降解。这种新的组成部分或单体形成的化学键可以被弱酸、碱和离子(如氟化物)分解。

“我们认为,这是在生物学相关条件下生产具有可容纳可降解性的嬉戏的一般方法,”麻省理工学院的化学副教授和学习的高级作者杰雷米·约翰逊说。yabovip2021“很好的部分是它使用标准的ROMP工作流程;你只需要撒在新的单体中,使其非常方便。“

研究人员说,这种结构块可以被广泛应用于聚合物中,不仅包括医疗应用,还包括工业聚合物的合成,使用后分解更快。

的主要作者发表于化学性质yabovip20212019年10月28日,是MIT Postdoc Peyton Shieh。Postdoc Hung Vanthanh Nguyen也是该研究的作者。

强大的聚合

ROMP-生成的聚合物的最常见的构建块是叫做脱水杆菌的分子,其含有可以容易地打开并将聚合物一起打开并串联的环形结构。在发生聚合之前,可以将诸如药物或成像剂的分子加入到下冰片烯中。

约翰逊的实验室使用这种合成方法来产生具有许多不同结构的聚合物,包括线性聚合物,吹瓶剂聚合物和星形聚合物。这些新颖的材料可用于一次性递送许多癌症药物,或携带显像剂用于磁共振成像(MRI)和其他类型的成像。

“这是一个非常坚固且强大的聚合反应,”约翰逊说。“但是,其中一个较大的缺点是完全由碳 - 碳键组成的聚合物的骨干,结果,聚合物不易降解。在考虑制作生物材料空间的聚合物时,这一直是我们在思想的背面。“

为了规避这一问题,约翰逊的实验室专注于开发小型聚合物,大约10纳米的直径约为,这可以比较大的颗粒更容易地从体内清除。其他化学家试图使聚合物通过使用除冰片烯以外的构建块而可降解,但这些构件块不会像有效地聚合。将药物或其他分子附加到它们也更加困难,并且它们通常需要恶劣的条件来降解。

“我们倾向于继续使用降冰片烯作为分子,使我们能够聚合这些复杂的单体,”Johnson说。“我们的梦想是找到另一种类型的单体,并将其作为共聚单体加入已经使用降冰片烯的聚合反应中。”

研究人员在谢家华正在做的另一个项目中找到了一个可能的解决方案。当他合成了一个含环分子,类似于降冰片烯,但含有氧-硅-氧键时,他正在寻找新的方法从聚合物中触发药物释放。研究人员发现,这种被称为硅醚的环也可以通过ROMP反应打开并聚合,导致具有氧-硅-氧键的聚合物更容易降解。因此,研究人员决定尝试将其加入聚合物主干中,使其可降解,而不是将其用于药物释放。

他们发现,通过简单地将硅醚单体与降冰片烯单体按1:1的比例添加,他们可以创造出与之前制作的类似的聚合物结构,新的单体在主链上均匀地合并。但是现在,当暴露在pH值为6.5左右的微酸性环境中时,聚合物链开始断裂。

“这很简单,”约翰逊说。“这是一种单体,我们可以添加到广泛使用的聚合物中,使其可降解。但就这么简单,这种方法的例子却出奇的少。”

快崩溃

在小鼠的测试中,研究人员发现,在第一周或两个期间,可降解的聚合物通过身体作为原始聚合物的分布相同,但在此之后,它们很快就开始分解。六周后,根据研究人员所使用的甲硅烷基醚单体的精确化学组成,体内的新聚合物的浓度在于原始聚合物的浓度,少于原始聚合物的浓度。

研究结果表明,将这种单体添加到聚合物中进行药物输送或成像,可以帮助它们更快地从体内清除。

“我们对利用这项技术的前景令人兴奋,精确地调整生物组织中基于嬉树的聚合物的崩溃,我们认为可以利用来控制生物分布,药物释放动力学以及许多其他特征”,“约翰逊说。

研究人员还开始致力于将新单体添加到工业树脂,例如塑料或粘合剂。他们认为将这些单体纳入工业聚合物的制造过程中将经济上可行,使它们更加可降解,它们正在使用Millipore-Sigma来商业化这家家庭的单体,并使它们可以用于研究。

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参考:Peyton Shieh, Hung v.t t“量身定制的硅基醚单体通过ROMP使骨干可降解聚降冰片烯基线性、瓶刷和星形共聚物成为可能”。2019年10月28日,Nguyen和Jeremiah A. Johnson,化学性质yabovip2021
DOI: 10.1038 / s41557 - 019 - 0352 - 4

这项研究由美国国立卫生研究院、美国癌症协会和美国国家科学基金会资助。

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