引言

大環配體-聚乙二醇-聚(β-氨基酯) (DOTA-PEG-PAE) 是一種高度復雜的多功能共聚物，結合了大環配體(DOTA)、聚乙二醇(PEG) 和聚(β-氨基酯)(PAE) 的特性。這種共聚物因其結構和功能，在藥物傳輸、基因治療以及影像學領域展現出巨大的潛力。

大環配體 (DOTA)

基本概念

DOTA (1,4,7,10-四氮雜環十二烷-1,4,7,10-四乙酸) 是一種大環螯合劑，擁有四個羧酸基團，可以穩定地與多種金屬離子形成配合物。特別是與鑭系元素（如釓Gd、鐿Yb等）和放射性金屬（如銦In、釔Yt等）形成的配合物，在醫學影像和放射治療中有著廣泛的應用。

特性

· 高穩定性：由于其大環結構，DOTA 形成的金屬配合物具有較高的熱力學穩定性和動力學惰性，不易受到體內環境的影響而解離。

· 多功能性：可以通過改變螯合的金屬離子，賦予 DOTA 配合物不同的功能，例如使用順磁性金屬離子（如釓Gd）可用于MRI造影，使用放射性金屬離子可用于放射性治療或顯像。

應用

· 醫學影像：作為MRI造影劑，提高影像分辨率和診斷準確性。

· 放射治療：攜帶放射性金屬離子至特定部位，實現精準放療，減少副作用。

聚乙二醇 (PEG)

基本概念

聚乙二醇是一種無毒、無免疫原性的親水性聚合物，由重復的乙二醇單元組成。在醫藥領域，PEG常被用來修飾蛋白質、藥物顆粒和其他生物材料表面，以改善其藥代動力學和藥效學性質。

特性

· 親水性：提供良好的水溶性，有助于增強化合物的整體溶解度。

· 降低免疫原性：減少修飾后的藥物或材料引發免疫反應的風險，延長其在體內的循環時間。

· 柔韌性：具有高度的柔性鏈結構，能夠在空間上屏蔽藥物或其他分子，防止被快速清除。

應用

· 藥物輸送：提高藥物的生物利用度，延長作用時間，減少給藥頻率。

· 生物材料改性：改善材料的親水性和生物相容性，減少非特異性吸附。

聚(β-氨基酯) (PAE)

基本概念

聚(β-氨基酯)是一類可通過邁克爾加成反應合成的陽離子聚合物，因其高效的基因傳遞能力和較低的細胞毒性而在基因治療領域備受關注。PAE 可以與核酸形成穩定的復合物，保護核酸免受酶解并促使其進入細胞內部。

特性

· 高效基因傳遞：能有效地壓縮和保護遺傳物質，幫助其穿越細胞膜并在胞內釋放。

· 生物可降解性：在生理條件下可降解為無毒的小分子，減少長期積累帶來的潛在風險。

· 結構多樣性：通過調節單體種類和比例，可以精細調控聚合物的分子量、支化程度和電荷密度，從而優化其生物學性能。

應用

· 基因治療：作為非病毒載體，遞送DNA、RNA等遺傳物質，實現基因表達或編輯。

· 納米醫學：構建多功能納米粒子，整合診斷和治療功能，實現診療一體化。

DOTA-PEG-PAE 共聚物

結構設計

DOTA-PEG-PAE 共聚物巧妙地結合了上述各組分的優點，通過化學鍵將這些模塊連接起來，形成一個兼具高穩定性和多功能性的平臺。通常，DOTA 作為金屬螯合位點，PEG 提供親水性和生物相容性，而 PAE 則負責基因承載和傳遞。

合成方法

這類共聚物的合成往往涉及多步驟反應，首先通過邁克爾加成反應合成PAE主鏈，然后通過點擊化學或其他偶聯反應引入DOTA和PEG側鏈。

功能協同

· 增強穩定性：DOTA 部分通過與金屬離子的螯合作用，提高了整個共聚物的穩定性，使得在復雜生物環境下仍能保持結構完整。

· 改進生物分布：PEG 的修飾不僅增加了水溶性，還顯著降低了免疫原性，延長了血液循環時間，使更多的藥物或基因得以到達靶標組織。

· 高效基因傳遞：PAE 部分確保了遺傳物質的有效負載和胞內傳遞，同時 DOTA 的金屬配合物部分可以在特定條件下（如pH變化）響應性地釋放藥物或產生影像信號。

實際應用案例

在一項針對腫瘤治療的研究中，DOTA-PEG-PAE 共聚物被用來遞送siRNA以沉默特定致癌基因。結果顯示，該共聚物不僅能有效地將siRNA運送至腫瘤細胞，還能通過螯合的釓離子增強MRI信號，實現治療和監測同步進行。

另一例則是利用 DOTA-PEG-PAE 進行基因編輯，通過搭載CRISPR-Cas9系統，實現了對目標基因的精確修改。此過程中，共聚物的多價陽離子特性促進了復合物的細胞攝取，而其生物可降解性保證了持續且安全的基因表達。