點擊化學及其在生物醫學領域中應用探析

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目前,點擊化學法以其獨特性被製備藥物釋放載體領域的科學家所重視。點擊化學及其在生物醫學領域中的應用是怎樣的?

點擊化學及其在生物醫學領域中應用探析

點擊化學法主要由諾貝爾化學獎獲得者Sharpless於2001年提出,其以組合化學爲基礎,經過一系列革命性變化的合成方法,爲一種新型的快速合成大量化合物方法。由於其具備反應條件溫和、產物收率高、高度選擇性、產物速率快、產物易分離等優點,使得其在各種用途的生物醫用領域中得到廣泛應用,併爲其提供較多便利,逐漸受到國內、國外科學家的關注。爲更加深入地瞭解點擊化學法在生物醫學領域中的應用效果,現綜述如下。

1 點擊化學概述

點擊化學被稱作鏈接化學、動態組合化學,屬於一個模塊合成概念,爲一種選用易得原料,經過可靠性、模塊化、高選擇性、高效率的化學轉變,進而實現碳雜原子連接(C-S-C),通過應用低成本快速合成各類新化合物組合化學方法,突破傳統有機合成,爲目前化學領域發展較顯著的`一個趨勢。

點擊化學具備的優異特徵可使應用“分子裁剪”手段模塊組合成複雜化合物,主要包括樹枝狀分子、星形聚合物、梳形聚合物、糖類衍生物及蛋白質及生物雜化物等生物醫學材料。

2 點擊化學法及其在生物醫學領域中的應用

2.1 應用至合成基因載體領域

研究指出,臨牀已將點擊化學法應用到合成基因載體領域中,且在高轉染效率與低細胞毒性的基因載體中已經獲得一定進展。應用電極化學反應合成法,主要將聚天冬醯胺作爲基礎,成分主要以含有雙硫鍵聚乙烯亞胺衍生物P爲主,並以其爲載體,作爲非病毒基因載體的研究。研究時,使用已合成的疊氮管能化聚合含有雙硫鍵作爲載體,單炔終止予聚乙烯亞胺;點擊化學反應合成後,主鏈爲聚天冬醯胺,側鏈爲聚亞胺作,有研究顯示,PXSS-PEis可和質粒DNA與濃縮DNA互相結合,之後形成納米粒子。還有體外試驗研究表明,高分子刷被降解後,不僅具備低細胞毒性,而且具備轉染活性,表明在基因載體領域中,這種還原可降解分子刷發揮着潛在作用。

2.2 應用至藥物釋放載體領域

藥物載體不僅在藥物釋放體系中發揮着重要作用,而且還對藥效產生決定性作用。點擊化學法以其獨特性被製備藥物釋放載體領域的科學家所重視。臨牀研究指出,通過合成一種疊氮修飾嵌段共聚物,阿黴素-葡萄糖酸酸前體藥物與人類β-葡萄糖醛酸酶結合後可互相產生作用,加快惡性腫瘤細胞增長。

與預先經疊氮修飾的嵌段共聚物結合後,兩者之間耦合率約爲95%。結合後的藥物嵌段共聚物會自發性形成膠束,具備單分散、形態小的特點。將其放置到37℃環境及存在β-葡萄糖醛酸鎂的環境下,經過5d後,約會釋放出40%的藥物。置於無酶環境下,則膠束內藥物釋放率不足5%。通過進一步探討,結果顯示膠束載體不會給細胞產生毒性,在酶相應性癌症治療領域內該一基因運輸載體具有潛在性應用。

2.3 應用至熒光標記領域中

醫療檢測、藥物探測及生物技術領域內,生化分析物熒光標記技術爲一種主導分析法,主要具備主導作用。報道指出,進行點擊化學反應主要對3-疊氮香豆素的聚乙二醇和炔基修飾的牛血清白蛋白應用端基。經過分析後,首先可將其合成一系列端基,主要爲3-疊氮香豆素聚乙二醇,蛋白質模型主要應用炔基修飾的牛血清白蛋白,應用點擊化學法發生反應之後,即可標記蛋白質原位熒光。將熒光基團接入,使用體積排阻色譜,可準確監測乙二醇和牛血清白蛋白反應程度。

還有研究指出,對細胞熒光進行檢測時應用新型免疫熒光標記法,最終可合成兩種化合物,其中一種化合物爲6-疊氮-乙酸琥珀酰亞胺活性酯;另一種化合物爲4-乙炔基-N-乙基-1,8-萘酰亞胺。經過點擊化學熒光顯色反應後,可形成一種新型免疫分析法,在細胞水平方面,表明同時使用該種方法、傳統抗體標記技術及生物素-鏈黴親和素免疫熒光檢測系統,信號不會互相干擾且檢測靈敏度相同,在未來免疫研究中,其具備廣闊的發展潛力和廣泛的應用前景。

2.4 應用至藥物設計領域內

在生物科學領域內,點擊化學在其中應用領域較廣泛。有研究指出,通過應用原位點擊化學反應,使用高效液相色譜-質譜聯用技術,能夠找到一種合成乙酰膽鹼酯酶抑制劑方法。經過分析後,能夠將疊氮和炔構建塊乙酰膽鹼酯酶孵育液,快速找到4個乙酰膽鹼酯酶誘導疊氮和炔構建塊形成環加成反應產物,經過進一步研究證實,以上4種產物具備較強的乙酰膽鹼酯酶抑制活性。

3 展望

點擊化學模塊自被提出以來,對藥物發現、生物技術領域均產生較大影響。目前,點擊化學應用比較廣泛的爲Cu(Ⅰ)催化端基炔與疊氮化物Huisgen偶極環加成反應(CUAAC),雖然CUAAC在區域具有較高的選擇性和較快的反應速度,但在終產物內依然會存在微量銅鹽。因此,研究者開發出一種帶有親和標記的Cu(Ⅰ)催化劑,其能夠從反應混合物中快速分離,且能夠再生,另外,對體內應用而言,存在的過渡金屬(如銅鹽)會給人體細胞與細菌產生毒性。爲不增加銅鹽含量,研究者開發出一種新型基於炔基疊氮連接法,製備出一種環辛炔衍生物,和疊氮基團聯合後形成變形促進環加成反應。

綜上所述,在生物醫學領域中,點擊化學法爲其中比較強大的合成工具,且在該領域內發揮着十分重要的作用。但其還處於發展階段,一些問題尚未解決,需要加大研究力度,最大限度將其潛在性價值充分挖掘出來。