细胞内化学环境具有高度复杂性并且细胞对外部刺激极为敏感，因此利用化学手段在活细胞内实现非天然分子结构转化，特别是人工大分子合成一直以来都较为困难，但科研人员对这一领域的探索却从未停止。可以试想如果将人工大分子引入细胞内，他们是否会与天然大分子发生相互作用，是否会影响细胞行为，是否会改变细胞原有的功能，是否能杀死肿瘤细胞实现肿瘤治疗？更进一步，人工大分子是否能替代某些天然分子恢复受损细胞的功能，是否能按人类的意愿使细胞获得新的功能？但由于相关技术所限，对这些问题的探索目前仅仅处于起步阶段。
基于以上背景，中科院深圳先进技术研究院的耿晋团队在前期工作中探索了在活细胞内构建人工大分子聚合物的可能性，发现细胞内聚合能显著改变细胞周期、细胞骨架结构、以及细胞运动能力等性质，并在Nature Chemistry (2019, 11, 578)上报道了此研究成果。在此研究的基础上，作者团队进一步突破创新，开发了一种全新的基于光控细胞内聚合的肿瘤精准治疗新方法，以“Controlled Intracellular Polymerisation for Cancer Treatment”为题发表在JACS au。深圳先进院张一川博士和高权博士为共同第一作者，耿晋研究员为通讯作者。
论文上线截图
研究团队利用光控PET-RAFT聚合替代自由基聚合的方法，实现了分子量可预测、可调控的聚合物合成方法学开发，同时使所获得聚合物的分子量分布大幅降低，有效提高了聚合物的规整度，并且有效提高了细胞内聚合体系在时间、空间上的可控性和可重复性，大幅减少单体及引发剂的用量，降低聚合反应物体系本身对细胞产生的毒性。同时我们对细胞内聚合体系的应用潜力进行了进一步探索，以肿瘤治疗为目的对聚合单体库进行了更大范围的筛选，并成功发展了一种基于细胞内聚合的精准肿瘤治疗体系。通过对细胞毒性的筛查研究，我们发现了一类本身具有较低毒性的丙烯酰胺聚合单体能够在聚合后显著提高其细胞毒性，高效引起肿瘤细胞的凋亡和坏死，和高效抑制肿瘤转移，并利用这一性质开发了一种全新精准肿瘤治疗方法。
图1：细胞内聚合在动物模型上抑制肿瘤发展及转移
特别是研究团队对细胞内聚合前药体系的生物安全性进行了验证，发现实验动物的体重、血液学参数以及主要器官的组织学特征都没有受到细胞内聚合或任意组分给药的影响，充分验证了该体系的生物安全性。基于以上研究成果，耿晋相信本工作所开发的基于细胞内聚合的精准肿瘤治疗方法将开启聚合物治疗癌症治疗的全新篇章。
该研究获得国家自然科学基金、中国科学院、广东省及深圳市等项目的支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacsau.1c00373
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