[发明专利]人造纳米结构的治疗用途

说明书

本申请要求保护美国专利60/706.072的权益，其申请日为2005年8月8日，所述内容以参考文献形式在本申请中完整引用。

本申请中各种被引用的文献和公开的出版物均以参考形式在本申请中被完整引用以更全面描述本发明相关工艺。

背景技术

本发明旨在制造细胞或微生物内的人造胞内纳米结构。这种人造纳米结构能够但不局限于选择性地控制细胞或微生物的生死以治疗由病原细胞或病原微生物引起的疾病。同时，也可以用相同方法生产组织或器官内/间的人造纳米结构用于治疗。

自装配，在所有级别水平(分子、细胞器、细胞等)上都是基本过程，在生物学中担任着重要的角色，同时对设计和装配功能性物质也起着重要的导向作用。尤其是自装配可以提供具有吸引力和实用的制造人造纳米结构的方法，而纳米结构在日益兴起的纳米科学领域中有着广泛的影响和应用，例如，自装配的纳米颗粒可用于产生新的光学材料和高密度磁性记录介质，自装配单(分子或细胞)层可在各种底物上形成纳米厚度的有机薄膜从而模拟可以控制细胞命运的生物表面、建立分子电子装置、发展纳米造影术、产生生物医学诊断学纳米结构等。寡肽和其它有机分子自装配而成的纳米纤维是水凝胶的功能基质，而水凝胶在组织工程、抑制剂筛选和创伤愈合中的应用十分广泛。虽然以上的成果都表明自装配纳米结构在胞外环境或非生物体系中有了令人兴奋和重要的发展，但胞内生产人造纳米结构仍未被开发，其生物效应还不为人知，尽管其有着重要的意义和潜在的应用价值。

研究胞内人造纳米结构的重要意义有以下几点：首先，自装配纳米结构例如细胞膜、核酸链、肌动蛋白纤丝在活细胞内数目众多，对于细胞的重要功能是不可或缺的(即，保持细胞完整性的结构模块、保存遗传信息的有效贮存、作为调节许多细胞过程的激活装置)，因此，胞内人造纳米结构是扰乱细胞活动进而控制细胞行为的强大而有效的手段。第二，许多疾病都与细胞纳米结构被破坏有关(即，碱基对的错配、β-淀粉状蛋白的形成，蛋白质的错误折叠)，因此，胞内人造纳米结构为仿生、模型建立以及了解疾病机理等多个方面提供了平台，促进了治疗学的发展。第三，过去的五十年分子细胞生物学的惊人发展，例如生物过程的分子水平研究，已引起了对生命形式进化新的认识，现在，我们需要一种与生物过程相关且在分子水平之上的方法去系统了解结构和动力学(例如，系统生物学)。自装配的纳米级胞内人造结构增加了一种检测细胞和有机体功能的动力学的方法并允许在新的复杂水平理解之前并不相关的知识领域。

本发明也报道了一种控制人造纳米结构状态的通用方法，这种人造纳米结构能够诱导经酶促转换(switch)¹的水凝胶化和活体内的水凝胶化。作为药物传递、创伤愈合、组织工程中最有应用价值的生物材料之一，水凝胶通常用天然的或合成的高分子作为凝胶因子(gelator)²。很大程度上是由于对低分子量有机凝胶因子³的研究以及自装配寡肽形成的水凝胶被证明成为组织工程的骨架，^4-6在过去的十年中水凝胶因子的范围已经迅速扩展到小分子，这些小分子使超分子水凝胶成为可能。^7-9水凝胶因子的自装配在超分子水凝胶纳米结构的形成中起着关键的作用。⁷因此，触发及调节水凝胶因子的自装配成为控制超分子水凝胶性质和状态的一个基本步骤，通常通过化学或物理干扰来实现(即，pH、温度、离子强度和超声搅拌)该过程。在生物医学的应用中，酶催化、原位包括胞外(组织或器官内/间)和胞内可逆自装配和水凝胶因子凝胶化都是有利的，¹⁰因为它可以使水凝胶对某些组织、器官、疾病中特定的酶的表达做出应答。尽管已使用酶来交联聚合物以诱发水凝胶化¹¹并报导了酶触发超分子水凝胶的形成⁹，但仍需要研究使用酶调控超分子水凝胶(即可逆调控水凝胶因子的自装配)。

因为大多数的酶促反应基本上都是不可逆的，所以单个的酶几乎不可能控制水凝胶的可逆反应。大自然使用一对具有相反活性的酶来转换蛋白质功能从而解决了这一进退两难的局面。¹本发明模拟天然状态，用激酶/磷酸酶转换调节超分子水凝胶。

方案1：