吉林大学杨英威教授科研团队：柱[6]芳烃纳米阀门调控的磁性核壳MOF纳米材料用作多重响应释药体系

前沿科研成果：柱[6]芳烃纳米阀门调控的磁性核壳MOF纳米材料用作多重响应释药体系

杨英威教授科研团队首次提出以准轮烷为超分子纳米阀门修饰金属-有机骨架材料，实现多重刺激响应下的高效载药与靶向药物释放 （Chem. Sci. 2015, 6, 1640; Small 2015, 11, 3807; J. Mater. Chem. B 2016, 4, 135; Adv. Mater. 2017, 29, 1606134），为有机超分子化学和金属-有机骨架多孔材料的交叉结合与生物医药应用开拓了新的发展方向。近年来，金属-有机骨架材料在纳米医疗领域的发展备受瞩目，同时，随着材料科学的不断发展和医疗应用需求的不断提高，发展多功能的、高载药量的、可控高效的纳米诊疗体系已经成为纳米医药材料的重要发展目标之一。该科研团队对于金属有机-骨架材料在药物传输控释领域的开发进行了深入的研究调研，并一直致力于将超分子纳米阀门与金属-有机骨架材料有机结合进而设计构筑一系列智能可控的高效诊疗体系。该团队近期发表于Small杂志（Small, 2018, 14, 1704440. DOI: 10.1002/smll.201704440）的最新研究巧妙地利用核壳纳米材料构筑理念，结合柱芳烃准轮烷的纳米阀门功能与金属-有机骨架材料的高载药能力，实现了多孔壳功能、磁性核功能、超分子纳米阀门智能响应功能的高度有机结合，为可控多功能靶向诊疗体系的设计与制备提出了新的思路 （图1）。

图1. 可控多功能靶向诊疗体系的设计与制备

（来源：Small）

作者借鉴核壳构筑功能金属有机骨架材料的制备方法，通过原位生长的方式构筑了以Fe3O4磁性纳米粒子为核，金属有机骨架材料UiO-66为壳，抗癌药物5-氟尿嘧啶为“货物”，柱芳烃准轮烷为超分子纳米阀门的诊疗平台。本体系很好地发挥了磁核的功能性，可以同时实现快速磁分离和磁共振成像 （图2）。

随后，作者详细研究了柱芳烃作为纳米阀门的药物控释行为，利用柱芳烃可控的主客体作用，巧妙地设计了两种基于不同空腔尺寸柱芳烃（即柱[5]芳烃和柱[6]芳烃）的超分子纳米阀门。这两种具有不同“松紧程度”的纳米阀门在整个体系中均表现出理想的pH、Ca2+、Zn2+、温度等多重刺激响应操控能力（图3）。研究表明柱[6]芳烃与“连接轴”单元之间具有更强的主客体相互作用力，在相同的外界刺激条件下柱[6]芳烃纳米阀门打开的更缓慢。这种可控松紧的柱芳烃阀门体系，不仅可以实现在病变部位的靶向释药，而且可以发挥缓释速率调控的作用。

图3a. 柱[6]芳烃超分子纳米阀门控释体系

（来源：Small）

基于柱[6]芳烃超分子纳米阀门体系的优异表现，作者进一步研究了其在细胞水平上的给药效果。细胞毒性实验说明材料自身生物相容性良好，和单纯的5-氟尿嘧啶相比，本工作中设计的集磁分离、磁共振成像、多刺激响应可控释药于一体的诊疗平台表现出良好的效果 （图4）。本工作实现了磁分离、磁共振成像协同作用的多重刺激响应的可控药物释放一体化，有利于实现复合载药体系的定时、定点、定位治疗，提高疾病治疗效率，这种医用平台的设计或者理念的实现将丰富现有的医用材料，同时将材料科学和医用科学有机结合，将超分子化学和材料科学有机结合，为疾病诊疗体系的发展提供了一个良好的思路。

课题组在读博士生武明雪为论文的第一作者，杨英威教授为通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金，吉林大学人才培养计划和吉林省省校合作建设项目等项目的大力资助。