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綜述 | 生物醫用高分子合成及應用的最新前沿進展

來源:中國科學化學      2022-04-27
導讀:中科院長春應化所陳學思院士、武漢大學張先正教授等領域內著名專家,綜述了近年來生物醫用高分子合成及應用的最新前沿進展。

生物醫用高分子在藥物遞送、疾病檢測/診斷、生物傳感、再生醫學和疾病治療等生物醫學領域有著廣泛的應用。中科院長春應化所陳學思院士、武漢大學張先正教授聯合馮俊、高長有、顧臻、計劍、蔣錫群、劉文廣、劉莊、彭慧勝、申有青、史林啟、王浩、王均、肖海華、徐福建、鐘志遠等領域內著名專家,綜述了近年來生物醫用高分子合成及應用的最新前沿進展,重點闡述了其性質-功能之間的構效關系,詳細論述了新興生物活性高分子(如多肽/生物膜/微生物/細胞等活性高分子材料)在腫瘤精準治療領域的應用,并展望了該領域的挑戰以及開發新型、安全、高效生物醫用高分子的廣闊前景。

生物醫用高分子根據來源可分為天然高分子和合成高分子。這兩種高分子的主要區別在于分子結構。通常,天然衍生的高分子(如蛋白質、多糖等)會以復雜的方式自發折疊成緊湊的形狀,同時這些初級結構又決定了它們的生物功能。相反,大多數合成高分子(如聚乙二醇、聚碳酸酯)具有簡單、隨機的分子結構。此外,天然高分子一般具有生物可降解性和良好的生物相容性,但其力學性能有限、降解不受控制、潛在的免疫原性等缺點極大地限制了其在體內的應用。相比之下,合成高分子在組成、結構、機械性能和降解行為等方面表現出良好的可控性,但其缺乏生物活性功能。因此,充分發揮天然高分子和合成高分子在生物醫學領域的各自優勢具有重要意義。

本綜述中,作者從生物醫用高分子的合成、性質和應用三個層次展開,系統總結了生物醫用高分子的設計原則及其在藥物傳遞、生物成像/傳感、疾病治療、抗感染、再生醫學和癌癥治療等生物醫學領域的應用(圖1)。同時,重點闡述了生物醫用高分子結構-功能之間的內在關系及其潛在的副作用。此外,重點介紹了一些基于生物醫用高分子的前沿治療策略,如基于疫苗的免疫療法、細胞因子療法和過繼性T細胞療法。特別地,快速發展的生物活性高分子,包括多肽/生物膜/微生物/細胞等,成為了癌癥精準治療納米藥物領域的“新寵”。

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圖1  生物醫用高分子在生物醫學領域應用總覽 

最后,作者對生物醫用高分子在生物醫學領域的應用前景進行了展望和總結,指出:1)目前,生物醫用高分子的研究主要集中于老鼠和兔子等小動物模型,為了加快臨床轉化必須建立和使用更合理的動物模型,甚至是大型動物模型,如豬和猴子等;2)為了確保應用的安全性,必須對生物醫用高分子長期潛在毒副作用進行系統研究,主要包括免疫原性、代謝毒性、遺傳毒性、血生化等;3)生產質量可控、重復性好、方便大規模制造的生物醫用高分子是工程化高分子材料面臨的另一挑戰。 


詳見Wei-Hai Chen, Qi-Wen Chen, Qian Chen, Chunyan Cui, Shun Duan, Chaoliang He, Yongyuan Kang, Yang Liu, Yun Liu, Wali Muhammad, Jinqiang Wang, Lei Wang, Shiqun Shao, Chengqiang Tang, Lichen Yin, Kuo Zhang, Zhanzhan Zhang, Xu Zhen, Jun Feng, Wenguang Liu, Changyou Gao, Zhen Gu, Jian Ji, Xiqun Jiang, Zhuang Liu, Hao Wang, Jun Wang, Huisheng Peng, Youqing Shen, Linqi Shi, Xuemei Sun, Haihua Xiao, Fu-Jian Xu, Zhiyuan Zhong, Xian-Zheng Zhang & Xuesi Chen. Biomedical polymers: synthesis, properties, and applications. Sci. China Chem., 2022, DOI: 10.1007/s11426-022-1243-5


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