聚合物纳米颗粒可以有效地将抗癌药物输送到靶组织。此外，如果设计的聚合物纳米颗粒对肿瘤微环境的响应较好，则它有望具有更好的癌症治疗效果。因此，人们致力于设计具有特定化学成分的肿瘤微环境响应性聚合物纳米粒。由于木质素特殊的结构，它具有低细胞毒性、紫外线阻挡性能、抗菌性能、抗氧化性能和自组装能力等特性。然而，由于木质素结构的复杂性，木质素抑制癌细胞增殖的机制还有待进一步研究。

    近日，来自北京化工大学宁振勃副教授/甘志华教授团队提出了一种基于木质素的新型pH响应抗癌纳米载药胶束。相关成果以标题为“Assessing the Potential of New Lignin-Based pH-Responsive Nanoparticles as Drug Carriers for Cancer Treatment”发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》。北京化工大学的本科生杨泽铭和硕士研究生周紫薇为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金(1603005, 51973010, 52033001)和北京自然科学基金 (2182052)的支持。

    该研究团队以聚乙二醇(PEG)、阿霉素(DOX)和碱性木质素为原料，设计了新型木质素基pH响应型纳米颗粒(LG-M(N)-PEGNPs、LG-M(N-DOX)-PEGNPs)。在这些纳米颗粒中，聚乙二醇链通过紫外光照射下的巯基-烯点击反应与木质素连接。在肿瘤细胞的酸性环境下，纳米粒子中的肼键和β-硫代丙酸键断裂，释放阿霉素和木质素。结果表明，纳米粒的粒径适中，对4T1细胞有明显的细胞毒性作用，被细胞摄取的能力较强。有趣的是，不含阿霉素的纳米粒(LG-M(N)-PEGNPs)可以增加细胞内活性氧的产生，诱导细胞凋亡，并对癌细胞产生选择性的细胞毒性作用。LG-M(N-DOX)-PEG纳米粒可以同时释放木质素和阿霉素，而与游离的阿霉素相比，具有更强的细胞毒性和更高的癌细胞摄取率。此外，LG-M(N-DOX)-PEG纳米粒具有明显的体内抑瘤作用。因此，这种纳米颗粒在药物输送系统中具有很好的应用前景。

图1 木质素共聚物的合成途径并通过自组装构建纳米颗粒。

图2 木质素及其共聚物的合成表征。

图3 木质素共聚物纳米颗粒的表征。

图4 纳米颗粒中木质素和抗癌药物DOX的pH响应释放表现。

图5 木质素及其共聚物纳米颗粒的刺激细胞活性氧产生表征。

图6 木质素及其共聚物纳米颗粒的细胞毒性表征。

图7 载药纳米颗粒被癌细胞摄取能力的表征。

图8 抗癌纳米颗粒使得细胞凋亡能力的表征。

图9 抗癌纳米颗粒对小鼠肿瘤的抑制效果及其安全性表征。

北京化工大学宁振勃副教授：中国科学院化学研究所博士，近年来主要从事生物相容与环境友好高分子材料的设计、改性及功能化研究。以第一/通讯作者在ACS Applied Materials & Interfaces, Polymer Degradation and Stability, European Polymer Journal等国际期刊上发表SCI论文10余篇。获得国家自然科学基金青年基金等资助。

北京化工大学甘志华教授团队近年来主要围绕聚合物结构设计与可控合成、结构与性能关系、抗肿瘤纳米载药体系的制备与性能、表界面性质对细胞生长的影响规律、高性能化与加工制备研究开展研究。在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.，ACS Nano，Small，Biomaterials，J. Controlled Release，ACS AMI等国际期刊上发表SCI论文110余篇，授权发明专利10余项。团队负责人先后获国家杰出青年基金、国家自然科学基金重大项目、重点项目、科技部重点研发计划等项目资助。课题组有教师5人，其中教授1人、副教授4人，实验室长期招收具有生物、材料与化工和高分子材料等相关专业背景的优秀硕士生和博士生。如有意愿请联系宁老师：zbning@mail.buct.edu.cn。