DGL树枝状大分子是一种以赖氨酸为单体,通过缩聚反应形成的高度支化聚合物,属于树枝状大分子家族的重要成员。其结构由内核向外逐层扩展,形成具有明确代数(G1-G5)的树状球体,表面富含高密度活性氨基基团,内部存在可调控的纳米级空腔。这种独特结构赋予其精准的分子设计能力,可通过修饰氨基实现功能化,例如连接羧基、磺酸基、PEO等基团,或靶向配体(如抗体、叶酸)以增强生物相容性。
DGL的树枝状结构由内核、支化单元和外围基团组成,代数越高,分子尺寸和表面氨基密度越大。其表面氨基带正电荷,可与带负电的物质(如DNA、RNA、蛋白质)通过静电作用结合,形成稳定的复合物。内部纳米级空腔可包载药物分子,实现物理包封或化学键合。此外,DGL的降解产物为人体必需氨基酸(赖氨酸),生物毒性低,可控性高。
1、基因治疗与核酸递送(核心应用)
作用机制:DGL表面丰富的正电荷可与带负电的核酸(DNA、siRNA、miRNA、mRNA)通过静电作用形成稳定的纳米复合物(polyplexes),保护核酸不被降解,并促进其进入细胞。
优势:
高转染效率(尤其在体外细胞实验中)。
相比病毒载体,安全性更高,无免疫原性。
可进行表面修饰(如PEG化、靶向配体连接)以提高稳定性和靶向性。
应用:用于癌症基因治疗、遗传病治疗、RNA干扰(RNAi)研究等。
2、药物递送系统
作用机制:DGL可作为纳米载体,通过共价连接或物理包埋的方式负载小分子药物(如抗癌药阿霉素DOX)、蛋白质或多肽。
优势:
实现药物的缓释、控释和靶向输送。
提高药物溶解度和稳定性。
降低药物对正常组织的毒副作用。
应用:肿瘤靶向治疗、抗炎药物递送、中枢神经系统药物输送等。
3、生物成像与诊断
作用机制:DGL表面易于修饰荧光染料(如FITC、Cy5)、磁性纳米粒子(如Fe₃O₄)或放射性同位素,作为多功能成像探针。
应用:
荧光成像:用于细胞标记、肿瘤成像。
磁共振成像(MRI):作为T₂造影剂,增强肿瘤组织对比度。
多模态成像:集成多种成像功能,实现精准诊断。
4、组织工程与再生医学
作用机制:DGL可作为支架材料的组成部分或细胞粘附/增殖的促进剂。
应用:
促进干细胞定向分化。
作为生长因子的缓释载体。
增强生物材料的细胞相容性。
5、抗菌材料
作用机制:阳离子DGL可与带负电的细菌细胞膜相互作用,破坏膜结构,导致细菌死亡。
应用:开发新型抗菌涂层、伤口敷料、消毒剂等,尤其对耐药菌有一定抑制作用。
6、生物传感器
作用机制:利用DGL高密度表面基团固定酶、抗体或DNA探针,提高传感器的灵敏度和响应速度。
应用:用于检测葡萄糖、病原体、肿瘤标志物等。
7、蛋白质纯化与固定
作用机制:DGL可作为多价配体用于亲和层析,或用于固定酶以提高其稳定性和重复使用性。