新的合成方法產(chǎn)生可降解的聚合物

麻省理工學(xué)院的化學(xué)家已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種合成聚合物的方法，該聚合物可以在體內(nèi)和環(huán)境中更容易分解。

一種稱為開環(huán)易位聚合或ROMP的化學(xué)反應(yīng)可方便地用于構(gòu)建各種用途的新型聚合物，例如納米加工，高性能樹脂以及輸送藥物或顯像劑。然而，這種合成方法的一個(gè)缺點(diǎn)是，所得的聚合物在自然環(huán)境下(例如在體內(nèi))不會自然分解。

麻省理工學(xué)院的研究小組提出了一種通過在聚合物主鏈上添加新型建筑材料來使這些聚合物更易降解的方法。這種新的結(jié)構(gòu)單元或單體形成化學(xué)鍵，可被弱酸，弱堿和離子(例如氟化物)分解。

麻省理工學(xué)院化學(xué)副教授，該研究的資深作者耶利米·約翰遜說：“我們認(rèn)為這是在生物學(xué)上相關(guān)的條件下生產(chǎn)具有易降解性的ROMP聚合物的第一種通用方法。” “令人高興的是它可以使用標(biāo)準(zhǔn)的ROMP工作流程運(yùn)行;您只需要添加新的單體，就非常方便。”

研究人員說，這種結(jié)構(gòu)單元可以摻入聚合物中以用于多種用途，不僅包括醫(yī)學(xué)應(yīng)用，還包括工業(yè)用聚合物的合成，這些合成物在使用后會更快分解。

紙，它出現(xiàn)在報(bào)告的主要作者自然化學(xué)今天，是麻省理工學(xué)院博士后佩頓Shieh。博士后Hung VanThanh Nguyen也是該研究的作者。

強(qiáng)大的聚合

ROMP生成的聚合物最常見的構(gòu)造單元是稱為降冰片烯的分子，該分子包含一個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)，可以輕松地打開并串在一起形成聚合物?？梢栽诰酆习l(fā)生之前將分子(例如藥物或顯像劑)添加到降冰片烯中。

Johnson的實(shí)驗(yàn)室已使用這種合成方法來創(chuàng)建具有許多不同結(jié)構(gòu)的聚合物，包括線性聚合物，洗瓶刷聚合物和星形聚合物。這些新穎的材料可用于一次遞送多種癌癥藥物，或攜帶用于磁共振成像(MRI)和其他類型成像的成像劑。

約翰遜說：“這是非常強(qiáng)大的聚合反應(yīng)。” “但是最大的缺點(diǎn)之一是，所生產(chǎn)的聚合物的主鏈完全由碳-碳鍵組成，因此，這些聚合物不容易降解。這一直是我們一直牢記在心的東西?？紤]為生物材料領(lǐng)域制造聚合物。”

為了解決這個(gè)問題，約翰遜的實(shí)驗(yàn)室專注于開發(fā)直徑約為10納米的小型聚合物，這種聚合物比大顆粒更容易從體內(nèi)清除。其他化學(xué)家試圖通過使用降冰片烯以外的結(jié)構(gòu)單元使聚合物降解，但是這些結(jié)構(gòu)單元的聚合效率不高。將藥物或其他分子附著到它們上也更加困難，并且它們通常需要苛刻的條件才能降解。

約翰遜說：“我們寧愿繼續(xù)使用降冰片烯作為使我們能夠聚合這些復(fù)雜單體的分子。” “夢想是找到另一種類型的單體，并將其作為共聚單體添加到已經(jīng)使用降冰片烯的聚合反應(yīng)中。”

通過Shieh在另一個(gè)項(xiàng)目上所做的工作，研究人員得出了一個(gè)可能的解決方案。當(dāng)他合成類似于降冰片烯但含有氧-硅-氧鍵的含環(huán)分子時(shí)，他正在尋找引發(fā)藥物從聚合物釋放的新方法。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種稱為甲硅烷基醚的環(huán)也可以通過ROMP反應(yīng)打開并聚合，從而導(dǎo)致具有氧-硅-氧鍵的聚合物更容易降解。因此，研究人員決定不將其用于藥物釋放，而是嘗試將其摻入聚合物主鏈中以使其降解。

他們發(fā)現(xiàn)，只需簡單地將甲硅烷基醚單體與降冰片烯單體以1：1的比例添加，就可以創(chuàng)建與之前制造的聚合物結(jié)構(gòu)相似的聚合物結(jié)構(gòu)，并且新單體在整個(gè)主鏈中的分布相當(dāng)均勻。但是現(xiàn)在，當(dāng)暴露于大約6.5的弱酸性pH值時(shí)，聚合物鏈開始斷裂。

約翰遜說：“這很簡單。” “這是一種單體，我們可以將其添加到廣泛使用的聚合物中以使其降解。但是就那樣簡單，這種方法的例子卻很少見。”

故障更快

在對小鼠的測試中，研究人員發(fā)現(xiàn)，在頭一到兩周內(nèi)，可降解聚合物在體內(nèi)的分布與原始聚合物相同，但此后不久它們便開始分解。六周后，體內(nèi)新聚合物的濃度比原始聚合物的濃度低三到十倍，這取決于研究人員使用的甲硅烷基醚單體的確切化學(xué)組成。

研究結(jié)果表明，將這種單體添加到聚合物中進(jìn)行藥物遞送或成像可以幫助它們更快地從體內(nèi)清除。

約翰遜說：“我們對使用該技術(shù)精確調(diào)節(jié)生物組織中基于ROMP的聚合物的分解的前景感到興奮，我們認(rèn)為可以利用該技術(shù)來控制生物分布，藥物釋放動力學(xué)和許多其他特征。”

研究人員還開始著手將新的單體添加到工業(yè)樹脂中，例如塑料或粘合劑。他們認(rèn)為，將這些單體摻入工業(yè)聚合物的生產(chǎn)過程中使其具有更高的降解性在經(jīng)濟(jì)上是可行的，并且他們正在與Millipore-Sigma合作，將該單體家族商業(yè)化并使其可用于研究。