基于SWAXS技术的天然G-四聚体水凝胶原子级建模：揭示结构-性质关系与可调控释放特性的关联

《Biomacromolecules》：SWAXS-Guided Atomistic Modeling of Natural G?Quadruplex Hydrogels: Linking Structure–Property Relationships to Tunable Release Profiles

　　

袁宇生|苏冠轩|张佳伟|黄宇桥|余书春|余东燕|郑宇森|苏春珍|庄伟松|施奥利恩|徐信云

台湾新竹市应用化学系及分子科学研究所，300093

由药物与天然低分子量凝胶剂（LMWGs）共组装而成的超分子水凝胶具有优异的物理化学性质、可调的机械性能以及可控的药物释放能力；然而，阐明其原位纤维结构仍是一个重大挑战。本研究报道了一种完全天然的四链体（G-quadruplex）水凝胶，该水凝胶通过将5′-鸟苷一磷酸（GMP）与植酸（PA）共组装而成，其中植酸既作为天然交联剂，也具有生物活性治疗作用。通过对GMP/PA比例的系统性调控，我们发现了控制凝胶形成、机械强度及pH依赖性分子相互作用的精细组成平衡。小角和广角X射线散射（SWAXS）结合CRYSOL辅助的原子级建模技术揭示了GMP纤维的层次结构，并证明植酸通过多价静电相互作用促进了纤维表面的聚集和纤维间的结合。分子动力学模拟进一步证实了植酸在水合条件下对G四链体结构的稳定作用。动力学分析表明，纤维网络的致密化有效减缓了支架的降解，并实现了持久的PA释放，其释放过程从零级动力学转变为一级动力学，这与纤维结构的有序程度提高密切相关。总体而言，本研究建立了分子结构、机械性能与释放动力学之间的直接关联，为基于G四链体的生物活性水凝胶的合理设计提供了结构框架，从而推动其在先进药物输送应用中的发展。