可修饰、可载药、可控释放——树枝状大分子（Dendrimers）赋能精准药物递送

 

在现代医药科技飞速发展的今天，药物递送系统正迎来一场深刻的变革。继脂质体、纳米粒、聚合物微球等技术之后，一种结构独特、性能卓越的新型纳米载体——树枝状大分子（Dendrimers），正悄然成为药物递送领域的下一个突破口。

 

魅罗科技（MeloPEG）提供树枝状大分子一站式定制服务——内部载药与表面修饰（PEG化、糖基化、配体/抗体靶向、多肽/pH响应）、可降解（聚酯/缩醛）材料选型与毒性优化，助力构建高效、低毒、可转化的精准药物递送系统。

 

 

一、什么是树枝状大分子？

树枝状大分子是一类具有精确结构控制和高度分支构型的单分散聚合物。其独特的“树枝状”结构由核心、聚合主链及多级枝化单元组成，形成了外密内疏、三维球形的结构特征。

 

 

这种结构赋予了树枝状大分子诸多优点：

结构可设计、理化性质可控；

内部空腔可包载药物分子；

表面活性基团密集，易于修饰；

粒径可控（1–100 nm），适合纳米递送需求。

 

自1978年Buhleier等人首次合成以来，树枝状大分子经历了从结构探索到功能应用的快速发展。目前，已知的树枝状大分子类型超过200种，其中以聚酰胺-胺（PAMAM）、聚赖氨酸（PLL）、聚乙烯亚胺（PEI）、聚丙烯亚胺（PPI）最为常见。

 

 

二、结构决定性能：树枝状大分子的独特优势

树枝状大分子的三维球体结构不仅带来高密度官能团，还形成了广阔的内部空腔，可实现内部包载与表面载药双模式。

 

精准可控的理化性质 —— 分子量、尺寸、官能团数量均可设计，保证药物递送的可预测性与稳定性；

广阔的内部空腔结构 —— 适用于包载疏水性药物，提高溶解度和生物利用度；

可功能化的表面活性基团 —— 易于通过化学修饰实现靶向递送或降低毒性；

良好的水溶性与生物相容性 —— 为药物在体内的分布与代谢提供优越条件。

 

三、从挑战到突破：毒性与可降解性研究进展

树枝状大分子凭借其独特的三维结构和高度可调控性，被视为新一代纳米药物递送系统的重要候选材料。然而，从实验室走向临床应用的过程中，它同样面临着必须解决的两大核心难题——体内毒性与不可降解性。

 

背景：理想载体与现实困境

在理想的药物递送体系中，载体应当具备以下特征：

1、能精准将药物递送至病灶部位；

2、在完成药物释放后，能被机体安全降解和代谢；

3、不引发免疫反应或组织毒性。

 

然而，传统的树枝状大分子，如PAMAM、PPI等，虽然在结构上可控、包载能力强，但其表面密集的阳离子基团（如氨基）会与细胞膜上的带负电磷脂发生强烈静电作用，造成细胞膜破裂、溶血反应甚至细胞凋亡。此外，这些树枝状大分子多为非降解性聚合物，在体内无法完全代谢，可能引发长期蓄积效应。

 

这种“高活性带来的高毒性”，成为树枝状大分子从实验室成果走向药物产品的最大障碍之一。

 

科学突破：两大策略的提出

1. 生物可降解策略

发展可生物降解的树枝状大分子是降低毒性的关键方向之一。通过在主链或支链中引入可裂解键，如酯键、缩醛键或缩酮键，树枝状大分子能够在体内或特定环境（如酸性肿瘤微环境）中自发降解为无毒小分子。

聚酯树枝状大分子：以酯键为降解点，具有优异的水解性和生物相容性。早在1992年，Hawker与Fréchet便合成了首个聚酯树枝状大分子，随后一系列以双羟甲基丙酸为单体的可降解结构被广泛开发。

聚缩醛/聚缩酮树枝状大分子：则表现出pH敏感降解特性。肿瘤与炎症组织的酸性环境可触发其结构断裂，从而实现“智能释放”。这种特性使其成为靶向肿瘤与炎症药物递送的理想材料。

 

 

 

2. 表面改性策略

通过对末端阳离子基团的修饰性保护，大幅降低细胞膜毒性。

常见方法包括：

PEG化（聚乙二醇修饰）：提升水溶性、延长体内循环时间、降低免疫清除；

糖基化、乙酰化、多肽化、抗体化：增强生物相容性，实现特异性靶向。

经过表面修饰后，树枝状大分子不仅毒性显著降低，还可改善药代动力学特性、延长半衰期，甚至具备缓释与智能响应功能。

 

 

 

四、多途径应用：树枝状大分子在药物递送中的广泛前景

凭借卓越的结构可调性与功能可塑性，树枝状大分子几乎可适配所有主流给药途径：

眼部递送：延长药物滞留时间，提高局部生物利用度；

口服递送：改善难溶性药物的溶解性，提升吸收效率；

静脉递送：包载难溶药物如顺铂、阿霉素，实现靶向与控释；

肺部递送：避开首过效应，增强局部吸收，如依诺肝素治疗血栓；

中枢神经系统递送：突破血脑屏障，递送抗精神病药物氟哌啶醇；

经皮与鼻内递送：提高透皮通量及脑靶向效率；

基因与疫苗递送：作为非病毒载体，实现高效转染与免疫增强。

 

此外，树枝状大分子还能与脂质体、纳米粒、碳纳米管等结合形成共载体系统，在保持高稳定性的同时实现协同功能，进一步提高药物负载量与靶向效率。

 

 

 

 

五、未来展望：从实验室走向产业化

尽管树枝状大分子技术仍处于从实验室走向临床的阶段，但随着可降解设计、低毒修饰技术及智能响应材料的不断突破，其在精准药物递送、靶向治疗、基因治疗及疫苗开发等领域的应用前景愈发明朗。