POSS 在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應用研究進展

楊璐，劉碧林，羅婷

（重慶化工職業(yè)學院，重慶 401228）

多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）具有非常獨特的分子結(jié)構(gòu)特點，其分子結(jié)構(gòu)核心為Si-O-Si 結(jié)構(gòu)單元，由于Si-O 鍵能較大，因此具有良好的化學惰性和熱力學穩(wěn)定性。1955 年，BARRY 等[1]證實了其籠型多面體的硅-氧納米結(jié)構(gòu)。進入20 世紀90 年代后，由于其獨特的無機-有機組成，引進不同活性有機基團POSS 成為了熱點研究對象。

POSS 納米粒子的獨特無機-有機納米結(jié)構(gòu)，可在分子水平上對各種聚合物材料進行改性或?qū)酆衔锉砻孢M行修飾，能使聚合物具有顯著的熱穩(wěn)定性、機械穩(wěn)定性及生物相容性，還可作為載體包封各種目標分子，改善目標分子的生物相容性。POSS 的特殊結(jié)構(gòu)和性能使其在藥物傳遞、生物醫(yī)學等方面得到了廣泛的應用[2]。

1 藥物遞送載體

POSS 不會誘導細胞凋亡或壞死，也不產(chǎn)生活性氧，生物相容性較好，是藥物的理想載體材料。

1.1 分子印跡聚合物

分子印跡聚合物（MIPs）具有識別印跡分子的結(jié)合位點，對特定模板分子及其結(jié)構(gòu)類似物具有特異性識別和選擇性吸附功能，可應用于藥物控制釋放等。研究者發(fā)現(xiàn)，在MIPs 中以聚合或共摻雜方式引入POSS 后，卡培他濱（CAP）的載藥量可達20.53%，在胃內(nèi)的滯留時間可提到13.4 h，表現(xiàn)出良好的緩釋效果[3]。

1.2 凝膠遞送系統(tǒng)

以凝膠為基質(zhì)的緩控釋劑型在現(xiàn)代藥學中應用廣泛，對親水性藥物、疏水性藥物等負載良好，并可方便靈活地通過消化道等多種途徑給藥，在胃滯留控釋系統(tǒng)和凝膠骨架片等方面具有顯著優(yōu)勢。

CHEN 等[4]用原位自由基冷凍聚合法將陽離子八氨基POSS（Oa-POSS）引入化學交聯(lián)的陽離子聚甲基丙烯酸N,N-二甲基氨基乙酯水凝膠中，數(shù)據(jù)顯示，凝膠具有更緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強度可達400 kPa；該課題組還將Oa-POSS 引入Ca2+交聯(lián)的海藻酸鈉聚N-異丙基丙烯酰胺凝膠中，改變凝膠網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密度和交聯(lián)方式后，對牛血清蛋白的包封率可達95%，在Tris-HCl 緩沖溶液中表現(xiàn)出明顯的緩釋效應。

1.3 基因遞送系統(tǒng)

利用治療性基因治療嚴重疾病在近幾十年里一直受到科研工作者的重點關(guān)注，外源性的正常基因在遞送過程中受諸多生物膜屏障的影響，無法有效到達靶細胞并實現(xiàn)高表達。

GAO 等[5]通過“硫醇-烯”鍵合反應，合成了星形結(jié)構(gòu)的POSS-功能肽，與pZNF580 質(zhì)?；旌虾蟮玫诫p元基因復合物，再與具有EC 靶向配體和順式烏頭酰胺的陰離子聚合物通過靜電吸附作用結(jié)合，獲得三元基因復合物。該三元復合物具有EC 靶向配體、膜穿透、電荷逆轉(zhuǎn)及核靶向等功能，并具有較高的生物相容性，在人臍靜脈內(nèi)皮細胞的增殖和遷移方面取得了較好的轉(zhuǎn)染效果，在體內(nèi)外表現(xiàn)出較高的新生血管化效果。

2 牙科納米復合材料

POSS 在牙科納米復合材料領(lǐng)域應用較多的是以共聚方式參與改善復合材料的粘合性、抗菌活性或機械性能。BURUJENY 等[6]將具有殺菌作用的官能團鍵合在疏水性POSS 后，再摻入牙科樹脂配方修復系統(tǒng)，所獲得的復合材料收縮應變和細胞相容性無顯著變化，表現(xiàn)出吸水率低、機械強度的惡化最小的特性，對鏈球菌的抑菌率可達60%。

3 探針載體與成像劑

3.1 納米熒光探針

由于POSS 剛性的結(jié)構(gòu)與良好的穩(wěn)定性，對易發(fā)生熒光淬滅的聚集誘導發(fā)射（AIE）活性物質(zhì)進行修飾后，可改善其AIE 性質(zhì)，作為靈敏的染料探針應用于低濃度物質(zhì)的測定。ZHU 等[7]將8 個環(huán)化銥(Ⅲ)聚吡啶配合物接枝到POSS，制備的復合物在室溫和低溫玻璃溶液下表現(xiàn)出強烈的、長壽命的橙紅色或紅色熒光。且該復合物無細胞毒性，主要通過腔隙介導的內(nèi)吞作用進入細胞，可作為細胞滲透生物成像探針應用。

3.2 成像劑

用功能化的POSS 對造影成像劑進行修飾可顯著提高其成像能力。ZHOU 等[8]將環(huán)糊精附著的POSS納米球用作主體分子，金剛烷修飾的大環(huán)Gd（Ⅲ）造影劑、cRGD 靶向配體和熒光探針用作客體分子，成功制備出納米級的球形造影劑，能特異性結(jié)合惡性4T1 乳腺腫瘤中的αvβ3 整聯(lián)蛋白，在腫瘤組織中提供了顯著的熒光信號，可作為特定癌癥分子MRI 和熒光成像的靶向成像劑。

4 組織工程支架材料

支架材料在組織工程中主要提供一個有利于細胞粘附、增殖、分化及生長的三維支架，要求具有較好的組織相容性、無毒、可降解，同時具有較好的力學強度等。

4.1 心血管支架材料

LIU 等[9]制備了異丁基封端的多肽POSS，并與PCL 通過靜電紡絲法制備成電紡膜，發(fā)現(xiàn)含8%多肽的電紡膜生物相容性提高，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有明顯的抗菌活性，可能具有應用于血管移植物或傷口愈合等領(lǐng)域的潛力。HUANG 等[10]為了改善納米填料和基質(zhì)之間的相容性，將聚L-乳酸鏈（PLLA）接枝到POSS 納米顆粒上，所得納米復合材料POSS-PLLA 600 的機械強度、熱穩(wěn)定性和生物相容性均有明顯改善，可能是納米顆粒形成多孔纖維納米纖維支架后，能有效地促進細胞粘附和擴散。

4.2 人工氣管骨架材料

脂肪族聚碳酸酯型聚氨酯（PCU）是已廣泛應用于人體器官及醫(yī)療裝置領(lǐng)域的重要高分子材料之一。TEOH 等[11]利用不可吸收的POSS-PCU 作為分叉氣管支架骨架，將骨架浸入聚(ε-己內(nèi)酯)脲聚氨酯（POSS-PCL）和碳酸氫鈉的液體混合物中，形成可吸收的、多孔的泡沫狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)層和外層，將骨髓來源的間充質(zhì)干細胞（bmMSC）和人氣管支氣管上皮細胞（HBECs）在分叉氣管上進行培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)支架能成功支持bmMSC 和HBEC 附著和增殖，表現(xiàn)出良好的機械性能和細胞浸入，在兒科的氣管置換等應用領(lǐng)域上具有明顯的優(yōu)勢。

4.3 骨生長誘導材料

YU 等[12]以POSS 為核心，利用巰基-二巰基交換反應將聚乙二醇（PEG）鏈和脲基嘧啶酮（UPy）基團交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制備的具有pH 響應的“開/關(guān)”功能的復合水凝膠，能在牙周膜干細胞增殖、附著和成骨，具有生物相容性和高力學性能的優(yōu)點，在體外和體內(nèi)均顯示出優(yōu)異的成骨潛力。

5 結(jié)語

POSS 具有易修飾的無機-有機結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，對聚合物材料能實現(xiàn)良好的改性，進一步深入開發(fā)其在藥物遞送系統(tǒng)、組織工程支架等方面的應用，成為未來重要研究方向。