【COF载药】：自组装空心微管 COF-18 Å 结构及其在胰岛素传递中的应用

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摘要：
南开大学郗日沫&尹永梅等报道的本篇文章（ACS Appl. Mater. Interfaces 2024）中报道了利用无模板自组装方法制备的 COF-18 Å 空心微管结构及其在胰岛素传递中的应用。该空心微管结构展现了高载荷能力、胃抗性和葡萄糖响应性。通过混合介质间苯和二噁烷，成功合成了空心微管 COF-18 Å。在 Caco-2 细胞中，经转铁蛋白包被的系统展示了增强的胰岛素细胞摄取和跨细胞膜转运，为口服应用提供了巨大潜力。此外，在糖尿病大鼠中，这些复合物呈现出持续的血糖控制和有效的胰岛素血浓度，而不引起明显毒性。这项工作表明，空心微管 COFs 在载荷和传递生物分子方面具有巨大潜力。

研究背景：
COFs 是一类具有晶体结构、共轭结构和拓扑结构的多孔共价有机聚合物，展现出在气体存储、催化、分离、传感和药物传递等方面的潜在应用。
自 2005 年首次报道以来，硼酸酯键 COFs 受到广泛关注，其硼原子可通过氮-硼络合促进蛋白质结合。
目前，科学家们已经开发了各种 COFs 和它们的合成方法，但对 COFs 的新颖性质的探索主要集中在构建块的结构和功能调制上。
然而，COF 材料在传递蛋白质类药物（如口服胰岛素传递）方面仍面临挑战。

实验部分：
(1) 通过混合介质间苯和二噁烷，成功合成了空心微管 COF-18 Å，展现出高比表面积和良好结晶性。
(2) 对 MT-COF-18 Å 的形成机制和随胰岛素装载和释放的形态变化进行了观察。
(3) 在 Caco-2 细胞中，转铁蛋白包被的系统展示了增强的胰岛素细胞摄取和跨细胞膜转运，为口服应用提供了巨大潜力。
(4) 在糖尿病大鼠中，这些复合物呈现出持续的血糖控制和有效的胰岛素血浓度，而不引起明显毒性。

分析测试：
(1) 通过傅里叶变换红外光谱、粉末 X 射线衍射分析、氮气吸附等分析测试，验证了 MT-COF-18 Å 的结构和性质。
(2) 实验结果显示 MT-COF-18 Å 具有微孔和介孔特征，具有较低的氮气吸附和增强的孔容积。
(3) 热重分析显示 MT-COF-18 Å 具有高热稳定性，XPS 光谱表明形成了 B-O 键。

总结：
本文成功合成了 COF-18 Å 空心微管结构，并展示了其在胰岛素传递中的应用潜力。研究结果表明，MT-COF-18 Å 具有高载荷能力、胃抗性和葡萄糖响应性，适用于口服应用。在细胞和动物实验中，MT-COF-18 Å 展现出了良好的生物相容性和有效的胰岛素传递性能。

展望：
未来研究可以进一步探索空心微管 COFs 在其他生物分子传递领域的应用潜力。需要更深入的研究以解决口服胰岛素传递的挑战，如提高载荷效率、改善释放动力学等方面的问题。

Template-Free Self-Assembly of Hollow Microtubular Covalent Organic Frameworks for Oral Delivery of Insulin
文章作者：Lihui Dai, Fang Wu, Yi Xiao, Qian Liu, Meng Meng, Rimo Xi*, and Yongmei Yin*
DOI：10.1021/acsami.4c01165
文章链接：https://doi.org/10.1021/acsami.4c01165