本文是一篇医药学论文，本论文通过对Bola型树形分子末端基团进行衍生化，引入抗癌药物吉西他滨得到了Bola型树形分子衍生物I-n和II-n，引入甘露糖得到了Bola型树形分子衍生物III-n和IV-n。
1 绪论
1.1 树形分子
1.1.1 树形分子的概述
树形分子（Dendrimer）是具有纳米级尺寸、高度分支化结构的新型功能高分子[1]。它由中心核、重复的分支单元和众多表面基团（或末端基团）三个部分组成（图1.1）。其中，中心核是树形分子生长的起点，重复分支单元使得树形分子能够径向规律地连续生长（被称为“代”）[2]。树形分子一词起源于希腊短语“dendron meros”，意为“树状的分支或部分”[3]。常见的树形分子（图1.2）有聚酰胺-胺树形分子（PAMAM）、聚丙烯亚胺（PPI）树形分子、径向层状聚（氨基胺-有机硅）树形分子（PAMAMOS）、手性（Chiral）树形分子、液晶（Liquid Crystalline）树形分子、核壳（Tecto Core-Shell）树形分子、杂化（Hybrid）树形分子、肽（Peptide）树形分子、糖树形分子（Glycodendrimers）、聚脲树形分子（PURE）等[3-5]。
树形分子从中心核逐级向外支化，其大小、分子量和表面基团数量与代数（G）呈正相关。树形分子独特的结构赋予了它特殊的性质和功能，使其与传统的线性、支化和超支化聚合物有着明显的不同，具有结构规整，高度几何对称性；分子结构精确，相对分子质量可控；分子均匀度高，多分散性低[6]；在普通有机溶剂中的溶解性好等优点[7]。树形分子的中心核、分支单元或者表面基团可以根据需求进行功能化修饰，比如在其表面引入特异性的配体，可得到具有特定作用的材料，并且树形分子内部具有较大的空腔，可以负载药物或者催化剂等。自20世纪80年代初首次被报道后，树形分子凭借着尺寸与结构可控、含丰富的末端官能团、良好单分散性、多价协同性等优点在传感、催化、分子电子学、光子学、纳米医学等领域引起了研究者们的广泛关注[8]。从环境保护、能源生产到人类健康，树形分子均展现出广阔的应用前景。
1.2 Bola型两亲性分子
1.2.1 Bola型两亲性分子的概述
Bola型两亲性分子是一类在疏水部分两端都有亲水基团的两亲性分子（图1.11），也被称作Bola型表面活性剂、双头基两亲分子或α-ω型表面活性剂[75, 76]。“Bola”一词来源于南美洲印第安人猎捕动物所制备的武器，该武器由两个及以上的重岩石或球连接到一条或多条细绳的末端组成。Bola型两亲性分子的疏水部分通常是烷基链，也可以是不饱和烷基、环烷基、芳基、稠环单元（如类固醇）和杂环（如卟啉）等[77-79]。两个亲水性基团可以是离子型或非离子型，它们可以相同（对称）或不同（非对称）。尽管Bola型两亲性分子与传统两亲性分子在结构上有一定的相似性，但两者具有显著不同的表面活性性质。与传统单亲水头基两亲分子相比，Bola型两亲性分子第二个亲水头基的引入将使水溶性和临界聚集浓度（CAC）增加，聚集数减少，进一步影响自组装性质[80]。此外，早期研究发现，Bola型两亲性分子自组装所形成的单层膜结构相较于磷脂双层膜结构，具有更好的稳定性[81]。
Bola型两亲性分子的自组装形态包括球体、圆柱体、圆盘，胶束、囊泡、纤维等。不仅如此，研究发现Bola型两亲性分子还可形成螺旋结构，然后转变为单层微管结构[79, 80, 82]。无论是具有相同极性头基的对称型Bola型两亲性分子，还是具有不同极性头基的非对称型Bola型两亲性分子，都能够形成具有潜在应用的自组装结构，尤其是在纳米组装领域[75, 76, 83, 84]。它们可以采用多种方式组合，从而形成各式各样的结构。例如，将对称阳离子和对称阴离子Bola型两亲性分子组合可形成多层膜结构[79]。而且，所形成自组装体的形态受Bola型两亲性分子自身结构的影响，例如，亲水头基之间排斥作用（空间位阻、静电等）较大及中间疏水部分较短的Bola型两亲性分子在水溶液中易于形成胶束，而亲水头基之间排斥作用较小且疏水部分较长的Bola型两亲性分子在水溶液中更易形成囊泡[81]。并且，在所形成的自组装体中，Bola型两亲性分子可能同时具有疏水部分折叠和完全拉伸的构象[80]。Bola型两亲性分子以其独特的结构性质，引起了研究者们的广泛关注，凭借着各种潜在优势，在众多领域具有广阔的应用前景。
2 选题思想及意义
2.1 课题研究背景
2.1.1 Bola型树形分子的研究进展
Bola型树形分子是一类中间为疏水片段，两端为亲水树枝状头基的两亲性树形分子，它同时结合了树形分子与Bola型两亲性分子的结构优势。不仅具有精确支化的分子结构、可修饰的表面官能团，而且可以凭借两亲性自组装形成超分子树形分子。一方面可以解决传统共价树形分子合成步骤繁琐、分离纯化困难等问题，节约合成成本和时间，降低合成难度。另一方面可以按需改造疏水性片段和亲水树枝状头基，确保它们对特定应用的适应性。例如组合两个相同或不同功能化树枝状头基来调节所需特性，还可以进一步通过温度、pH、离子强度等参数调节Bola型树形分子的自组装性质，使其在基因传递[108]、药物递送[109]、组织修复[110, 111]等生物医学领域具有极大的发展潜力。
Liu等[108]设计合成了一种Bola型树形分子bola4A（图2.1），将PAMAM树形分子的树枝状分支结构作为亲水头基，中间以疏水性烷基链连接，并在疏水结构片段中引入ROS敏感的硫缩醛基团。bola4A的中间疏水链长度比天然磷脂双层短，以避免插入细胞膜，从而对细胞膜完整性和细胞活力产生有害影响。其末端为氨基在生理pH下带正电荷，可以通过静电相互作用与带负电荷的siRNA形成复合物，用于递送siRNA。实验结果证明，bola4A能够与siRNA形成稳定的复合物，并能响应肿瘤细胞中高水平的ROS，从而特异性、有效地实现siRNA递送和基因沉默。bola4A还具有良好的生物相容性，并且相较于单头基的两亲性树形分子展现出有效出色的siRNA递送能力，为Bola型树形分子作为安全有效递送载体的应用奠定了良好的基础。
2.2 分子设计思想
基于Bola型树形分子独特的结构和性质优势，及其在生物医学领域巨大的应用潜力，本论文以中间疏水片段为烷基链，两端亲水头基为PAMAM树枝状分支结构的Bola型树形分子作为主体结构，对其末端基团进行衍生化，设计了一系列Bola型树形分子衍生物（图2.3），并研究其自组装性质和生物活性。期望在丰富Bola型树形分子结构多样性的基础上，进一步拓展其应用范围，为发展新型的Bola型树形分子并将其应用于生物医药领域奠定基础。
一方面，我们将Bola型树形分子与核苷类抗癌药物吉西他滨进行共价偶联，来构建树形分子-药物缀合物，以期利用Bola型树形分子的结构特点，在水中形成自组装药物载体，通过EPR效应被动靶向于肿瘤组织，提高细胞对药物的摄取。缀合物进入细胞后缓慢释放药物，以期延长药物的半衰期，增加其在血浆中的稳定性，避免过早被代谢失活，从而提高药物的疗效并降低高剂量所带来的毒副作用；另一方面，鉴于甘露糖具有高水溶性、无毒并且能够靶向于巨噬细胞、树突状细胞及内皮细胞表达的甘露糖受体[145, 146]，我们将甘露糖修饰于Bola型树形分子表面，创造性地合成一种新的Bola型糖树形分子，通过自组装形成超分子糖树形分子，相对于传统共价合成的糖树形分子，能够极大地增加表面糖密度和分子柔韧性，更有利于利用多价效应促进与凝集素的结合，成为研究糖类化合物与凝集素结合更有力的工具，并在抗菌、抗病毒、抗癌等方面具有广阔的应用前景。
与此同时，考虑到两亲性可能对Bola型树形分子衍生物自组装及生物活性等性质产生影响，我们通过改变中间疏水烷基链的长度和两端亲水头基数量，设计合成一系列不同碳链长度、不同代数的Bola型树形分子衍生物。
3 Bola型树形分子-吉西他滨缀合物的合成、表征及生物活性研究 . 33
3.1 Bola型树形分子-吉西他滨缀合物的合成及表征 ........................ 33
3.2 纳米自组装体的制备及表征 ............................ 44
4 Bola型糖树形分子的合成、表征及生物活性研究 .................. 103
4.1 Bola型糖树形分子的合成及表征 ............................. 103
4.2 纳米自组装体的制备及表征 ................................... 111
5 总结与展望 ................................. 133
5.1 工作总结 .............................. 133
5.2 工作展望 ................................... 134
4 Bola型糖树形分子的合成、表征及生物活性研究
4.1 Bola型糖树形分子的合成及表征
Bola型糖树形分子的合成策略与Bola型树形分子-吉西他滨缀合物的合成策略相似，是通过铜催化的Huisgen “Click”反应在Bola型树形分子的末端引入甘露糖修饰，再脱保护得到Bola型树形分子衍生物III-n和IV-n。这就涉及到末端为叠氮基团的Bola型树形分子的合成以及带有炔基的甘露糖衍生物的合成。上一章中已阐述了末端为叠氮基团的一代Bola型树形分子I-n-4
