今天给大家分享一篇近期发表在Biomacromolecules上的文章，题为Dendronized Arm Snowflake Polymer as a Highly Branched Scaffold for Cellular Imaging and Delivery。文章的通讯作者是来自湖南大学的白玉罡教授。

引入高度支化的结构是构建聚合物三维结构的重要途径，同时骨架结构的细节也为功能设计奠定了基础。事实上，对树枝状聚合物和超支化聚合物的广泛研究表明，实现预期的功能通常需要高分子量及高支化度的结构，但合成上的精确控制具有挑战。

聚甘油树枝状聚合物（polyglycerol dendron, PGD）是一种研究广泛的细胞递送载体，其封装功能高度依赖于分子量大小及球形的核壳结构。由于甘油重复单元尺寸小，通常很难获得足够大的单个PGD，为此，研究人员们设计了多种方案进行优化，以期制备得到定义明确、高度分支的大型三维结构，作为高代数树枝状聚合物的替代物。如图1所示，绝大部分策略结合了树枝状聚合物与其他常见的支化结构，如刷状聚合物和星形聚合物，但刷状聚合物的线性部分较灵活，对疏水内腔的遮蔽不充分；星形聚合物的支化度仍然有限。

本文中，作者巧妙的结合以上三种设计的优势，设计了一种能够获得更高支化度的三元合成方法，仅由低代数树枝状分子即可制备得到。获得的树枝臂雪花状聚合物（dendronized arm snowflake polymer, DASP）表现出优异的包封能力与细胞递送能力。

    DASP聚合物按照如图2所示的合成路线一锅法制备得到。其中，第三代PGD 作为聚合的单体，在Grubbs催化剂作用下发生开环易位聚合得到聚合物的“臂”，随后加入交联剂生成油溶性的DASP，脱保护后获得水溶性的DASP。制备得到的DASP经尺寸排阻色谱SEC进行表征，结果显示其具有窄分子量分布，且使用不同比例的PGD单体、催化剂、及交联剂可以获得不同分子量、尺寸的DASP。 

为了表明DASP由于具有更高支化度的三维结构表现出增强的封装能力，作者进行了尼罗红包封效率测定实验。如图3a所示，第三代PGD（单体）、树枝化线性聚合物Poly-PGD（“臂”）、线形臂星形聚合物LASP被选作对照。实验结果如图3b，DASP表现出最高的尼罗红包封效率，这是由于它具有更充足且稳定的内部疏水腔。此外，更大尺寸的DASP具有更高封装效率的实验结果也支持这一结论（如图3c）。

作者随后探究了DASP的细胞摄取性质。通过共聚焦显微镜观察及筛选抑制细胞摄取的条件，作者发现，DASP以巨胞饮内吞作用进入细胞，最终进入溶酶体，细胞摄取效率在合理范围内（60%-80%）。这一摄取途径对细胞膜的影响较小，同时细胞毒性实验也证明DASP具有良好的生物相容性。

接下来作为概念证明的尝试，作者尝试将氯霉素靶向递送至吞噬溶酶体中，以清除细胞内感染的金黄色葡萄球菌。结果如图4所示，由于氯霉素的细胞渗透性低，且不能靶向隐藏在吞噬溶酶体中的细菌，因此单独施用氯霉素或DASP没有显示出抗菌作用，而施用包封氯霉素的DASP可以观察到很强的抗菌活性。对于高于32 μg/mL的氯霉素，细菌的去除率可达到99.9%。

综上所述，本文中作者设计制备了一种具有功能核及树枝状臂的雪花形聚合物，它具有高支化度和整体球状的构象，且由于优异的结构性质而具有增强的包封效果和细胞递送能力。除了应用于聚甘油这一模型分子，本文开发的策略为聚合物功能支架的制备提供了一种通用的平台。

作者：ZRC    审校：LJH

DOI: 10.1021/acs.biomac.1c00631

Link: https://doi.org/10.1021/acs.biomac.1c00631