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3月30日/生物谷BIOON/--北京大学的研究团队近日在《Scientific Report》发文称，他们开发出了一种绿色纳米囊泡，可以通过使用CO 2/ N 2气体进入该囊泡来完成控制纳米颗粒的自组装。该纳米颗粒在水中的聚合不会产生副产物。他们发现了纳米囊泡的两种形态变化，即“气体呼出”和“气体吸入”。通过二氧化碳的控制，可以刺激纳米颗粒进行不同的变化，从而控制纳米囊泡颗粒包装功能分子、纳米囊泡的运输和释放。
由两亲共聚物组成的装囊泡，与分子膜结构一起，可以成为药物分子的呈递系统，已经有了很多的研究。因为纳米囊泡颗粒系统的化学物理可塑性，人们可以利用纳米囊泡装载药物分子、荧光染料以及生物分子，来靶向传输。对于这些应用，最重要的是调节分子进出囊泡膜的过程。环境刺激能够改变囊泡膜的渗透性、完整性和聚合物囊泡壁的构象。存在于细胞内的核孔复合体也类似与囊泡系统，可以控制小分子和离子的扩散，以及介导蛋白质和RNA的传输。但是囊泡颗粒的形态变化的研究还很少，如果能够了解形态变化并用于调控纳米囊泡的组装，则对纳米载药系统的研究多有助益。二氧化碳具有良好的生物相容性和膜渗透性，可能是用于生物膜系统控制的理想选择。二氧化碳也因此被用来作为刺激巧调整聚合物囊泡的大小、透气性、稳定性和形态。
在北大团队的这个研究中，研究人员使用了二氧化碳和氮气来控制纳米囊泡的形态。在这项研究中，研究人员们设计并采用了开环聚合（ROP）、原子转移自由基聚合（ATRP）以及点击化学的策略，合成了一种树状的三元聚合物。从树枝状聚酯开始，此三元共聚物机构中还有疏水聚ε -己内酯（PCL）部分，中间的二氧化碳敏感的多聚丙烯酸甲（PDEAEMA）部分，并以亲水性聚乙二醇（PEG）部分，大概有220个这样的三块式的模块。疏水聚ε -己内酯，使得该聚合物具有较低的液晶态转变温度（约为-60℃）。这种两亲性的三元共聚物，可以在水溶液中自组装成具有独特性质的纳米囊泡结构。当二氧化碳被引入到三元共聚物水溶液中，多聚丙烯酸甲酯区域逐渐质子化，导致亲水性疏水性的变化，同时聚合物囊泡出现连续的扩增。更重要的是，当逐渐增加二氧化碳水平，膜结构和渗透性出现变化，并观察到了大孔径的囊泡。
研究人员认为，二氧化碳不仅可以作为分子驱动剂，来调节纳米囊泡的“呼吸功能”，但也可以像“分子电钻”一样扩大囊泡上面的孔道。该研究第一次证实了二氧化碳在水溶液中就可以控制纳米囊泡的结构变化，从而为未来的囊泡载药转运系统的改造和发展提供了新的方向。（生物谷）
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Despite numerous studies on utilizing polymeric vesicles as nanocapsules, fabrication of tunable molecular pathways on transportable vesicle walls remains challenging. Traditional methods for building penetrated channels on vesicular membrane surface often involve regulating the solvent polarity or photo-cross-linking. Herein, we developed a neat, green approach of stimulation by using CO2 gas as “molecular drill” to pierce macroporous structures on the membrane of polymersomes. By simply introducing CO2/N2 gases into the aqueous solution of self-assemblies without accumulating any byproducts, we observed two processes of polymeric shape transformation: “gas breathing” and “gas piercing.” Moreover, the pathways in terms of dimension and time were found to be adjustable simply by controlling the CO2 stimulation level for different functional encapsulated molecules in accumulation, transport, and releasing. CO2-breathing and piercing of polymersomes offers a promising functionality to tune nanocapsules for encapsulating and releasing fluorescent dyes and bioactive molecules in living systems and also a unique platform to mimic the structural formation of nucleus pore complex and the breathing process in human beings and animals.
