由于核技术在现代社会的广泛使用，意外的核泄漏和潜在的恐怖主义袭击大大增加了受到高剂量电离辐射照射的风险。与此同时，美国国家航空航天局最近对一对双胞胎进行的研究证实，由于强烈的电离辐射，在太空待了340天的兄弟中，有一人的DNA发生了8-9%的永久性突变。这表明，在辐射防护方面，人类还没有准备好进行可能需要数年甚至数十年的太空旅行。目前只有氨磷汀被批准为与放射治疗相关的狭窄临床适应症的唯一辐射保护剂，但是它很快就会被人体代谢排出体外并且即使使用低剂量也会有严重的副作用（发烧、恶心、呕吐等）。因此，人类的未来迫切需要安全有效的辐射保护剂来治疗或预防高剂量辐射造成的急性损伤。
将小分子药物嵌入高分子结构是解决小分子药物所带来的如快速排出体内、水溶性差、不稳定性和毒性等问题的一种有效方法。在这个思路下，清华大学化学系陶磊教授在《Nature communications》上发表了题为“High-throughput preparation of radioprotective polymers via Hantzsch’s reaction for in vivo X-ray damage determination”的工作，报道了由Hantzsch反应、高通量（HTP）技术和聚合物化学合成的具有最佳抗辐射能力的生物相容性高分子辐射保护剂，这种选定的聚合物能有效地保护细胞和斑马鱼胚胎免受致命剂量的电离辐射(80 Gy X射线)。
这项研究工作采用HTP法利用Hantzsch反应制备了45个单体。通过HTP自由基聚合，这些单体与聚乙二醇共聚得到45个水溶性聚合物。后通过HTP测量，根据不同标准对这些聚合物进行逐步筛选，最终获得一种生物相容性聚合物，能够有效保护细胞和斑马鱼胚胎免受致命剂量的x射线辐射，所开发的聚合物的保护效果优于氨磷汀。这突出了在聚合物化学中使用多组分反应（MCR）和HTP技术识别具有潜在应用价值的功能聚合物的价值。
图1. 基于Hantzsch反应的抗辐射聚合物
图2. Hantzsch单体及相关聚合物
辐射保护剂通常来源于自由基清除剂，羟基(•OH，HOR)和超氧自由基(•O2-，SOR)是典型的活性氧(ROS)，ROS指细胞内的水和氧分别暴露于电离辐射而产生的自由基。这些活性氧迅速产生可扩散的二次自由基，攻击导致DNA断裂以及细胞和器官损伤。Galvinoxyl自由基(GOR)是一种常用于抗氧化剂的研究的氧自由基。第一轮筛选后，选出了可以清除85%以上的上述三种自由基的6种聚合物。
许多天然抗氧化剂，如维生素和多酚，尽管具有良好的自由基清除能力，但已被证实是不良的辐射保护剂。这可能是由于它们在清除快速生成的次生自由基方面表现不佳所致。因此，细胞实验是鉴别抗氧化剂和辐射防护剂的必要手段。这篇文献以小鼠成纤维细胞L929为模型细胞，对所选的6种聚合物的放射防护能力进行了第二轮筛选。研究发现，使用10毫克/毫升的P(2)(1)，几乎所有的细胞都能在的致命的80 Gy X射线照射下存活。辐射条件下P(2)(1)培养的细胞坏死率最低(~7.8%)，这一结果与仅在培养基中或在不受辐射的情况下在P(2)(1) (10 mg/mL)培养基中培养48小时的结果相似，比被批准为辐射治疗保护剂的氨磷汀(~21.9%)还要低得多。并且研究发现P(2)(1)的抗辐射能力与它们清除辐射诱导的ROS的能力相关，能有效保护细胞DNA免受辐射损伤。
进一步使用斑马鱼胚胎作为研究P(2)(1)对高剂量(80 Gy) X射线辐射体内保护作用的模型,这些胚胎发育出与正常胚胎相似的眼和尾，揭示P(2)(1)在体内具有抗辐射作用。生物体内超氧化物歧化酶(SOD，一种自由基清除剂)活性的降低和丙二醛(MDA，一种脂质过氧化终产物)的生成是辐射损伤的生物标志。使用P(2)(1)比氨磷汀更接近正常细胞的SOD与MDA指标，说明在保护斑马鱼胚胎免受致命辐射方面，P(2)(1)比氨磷汀更好。
图3. 辐射与辐射保护剂
【总结】：这项研究为开发安全高效的聚合物辐射保护剂提供了可能。此外，它提供了通过MCRs开发功能聚合物的见解。因此，本研究可能促进聚合物科学中MCRs和HTP方法的广泛研究，并促进其他跨学科应用功能聚合物的发展。
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！