活性聚乙二醇衍生物是通过对聚乙二醇分子末端进行化学修饰,引入活性官能团得到的一类高分子化合物。这类衍生物因具备良好的生物相容性、水溶性及可调控性,在医药、材料等领域应用广泛。根据末端活性官能团的差异及结构特点,其常见类型可分为以下几类:
单官能团活性聚乙二醇衍生物的分子结构中,仅一端含有活性官能团,另一端为惰性基团(如甲基),可避免分子间发生交联反应,主要用于对单一靶点或分子的修饰。
此类衍生物末端活性官能团可与氨基发生反应,常见的官能团包括琥珀酰亚胺酯(如 N - 羟基琥珀酰亚胺酯)、异氰酸酯等。其核心作用是与含氨基的生物分子(如蛋白质、多肽、抗体)结合,实现对生物分子的聚乙二醇化修饰。修饰后可提升生物分子的水溶性、稳定性,延长其在体内的循环时间,同时降低免疫原性,适用于药物研发中对蛋白质类药物、抗体药物的改性。
末端活性官能团可特异性与巯基反应,典型官能团有马来酰亚胺、乙烯砜等。由于巯基在生物分子中分布相对特异(如部分蛋白质的活性位点附近),这类衍生物可实现对生物分子的定点修饰,减少对生物分子活性的影响。常用于酶、抗体片段等生物分子的修饰,以优化其理化性质与体内行为,满足医药领域对精准修饰的需求。
含可与羟基反应的活性官能团,如环氧化物、碳酸酯等。羟基广泛存在于糖类、部分药物分子及材料表面,此类衍生物可用于对含糖药物、小分子药物或材料表面进行聚乙二醇化修饰。修饰后能改善药物的溶解度、降低材料表面的蛋白吸附,适用于药物递送载体表面改性、医用材料生物相容性提升等场景。
双官能团活性聚乙二醇衍生物两端均含有活性官能团,且官能团可相同或不同,主要用于构建交联结构、连接两种不同分子,或作为线性交联剂使用。
两端官能团相同,常见类型包括双琥珀酰亚胺酯型、双马来酰亚胺型等。其核心用途是作为交联剂,连接两个含相同互补基团的分子(如两个含氨基或两个含巯基的蛋白质分子),形成稳定的交联结构。在生物材料领域,可用于制备水凝胶、组织工程支架等,通过调控交联程度调整材料的力学性能与降解速率;在医药领域,可用于抗体药物偶联物的制备,实现抗体与药物分子的稳定连接。
两端官能团不同,可分别与两种不同的互补基团反应,如一端为琥珀酰亚胺酯(与氨基反应)、另一端为马来酰亚胺(与巯基反应)。此类衍生物能实现两种不同分子的精准连接,且避免自身交联。例如,在药物递送系统中,可一端连接靶向配体(如肽段、抗体片段),另一端连接药物分子或载体材料,构建靶向药物递送体系;在生物检测领域,可用于连接识别分子(如抗体)与信号分子(如荧光探针),制备检测试剂。
多官能团活性聚乙二醇衍生物以中心核分子为基础,连接多条聚乙二醇链,每条链末端均含有活性官能团,形成多臂结构。其活性位点数量多,可同时连接多个分子或基团,适用于复杂体系的构建。
常见的中心核分子包括甘油、季戊四醇、乙二胺等,根据中心核结构不同,可形成三臂、四臂、八臂等多种结构。这类衍生物的主要应用场景包括:在药物递送中,作为载体同时负载多种药物分子,实现联合用药;在生物材料领域,用于制备高交联度的水凝胶,提升材料的机械强度与稳定性;在医用涂层领域,通过多官能团与材料表面的多点结合,形成均匀、稳定的涂层,改善材料的生物相容性与抗凝血性能。
在分子结构中引入响应性基团(如酸敏感键、还原敏感键、光敏感键),这类基团在特定外界刺激(如 pH 变化、还原环境、特定波长光照)下可发生断裂或结构变化。其核心优势是实现 “刺激响应性” 功能,例如在药物递送中,载体可在病灶部位(如肿瘤组织的弱酸性环境、高还原环境)响应刺激,释放药物;在生物材料领域,可制备响应性水凝胶,根据外界刺激调整材料的溶胀度或降解行为,适配不同应用需求。
分子结构中同时含有亲水的聚乙二醇链段与疏水链段(如脂肪族链、芳香族链),具备两亲性,可在水溶液中自组装形成纳米胶束、微球等结构。其活性官能团可位于亲水端或疏水端,用于进一步修饰或负载功能分子。在药物递送中,疏水端可包裹难溶性药物,亲水端提供稳定性,活性官能团可连接靶向配体,构建兼具增溶与靶向功能的药物递送系统;在化妆品领域,可作为乳化剂或活性成分载体,提升产品稳定性与功效。