可吸收医用高分子的基础科学与应用研究

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提名2018年度国家科学技术奖公示内容

一、 项目名称

可吸收医用高分子的基础科学与应用研究

二、提名单位：中国科学院，提名意见如下

该项目针对可吸收医用高分子材料在再生医学和药物递送应用中存在的材料分子序列、微观结构与性能相互关系的科学问题，通过分子结构设计，在国际上率先建立了聚乳酸和聚氨基酸类材料的可控制备新策略，实现了材料性能的精确调控。为材料在骨折内固定器件、组织工程支架和药物缓释载体等领域的应用奠定了基础。

首次发现无机粒子表面活性羟基可直接引发丙交酯开环聚合的科学现象，解决了纳米羟基磷灰石与聚乳酸类高分子复合材料分散难题，引领了均匀分散纳米复合材料制备技术的新发展。采用该技术制备的可吸收接骨螺钉和接骨板获得国家食品药品监督管理总局颁发的医疗器械注册证2件。建立了两性聚氨基酸肿瘤微环境响应可逆遮蔽策略，解决了高分子基因载体在体内运输稳定性与肿瘤细胞高效内吞相互制约的科学难题。利用阿霉素盐酸盐的正电荷与聚（L-谷氨酸）段的负电荷之间的静电相吸，以及紫杉醇与聚（L-赖氨酸/脱氧胆酸）段之间的疏水相互作用，实现了阿霉素盐酸盐和紫杉醇的高效共载，解决了物理化学性质差异显著药物的共载难题。

该项目的研究工作得到国内外同行专家的广泛关注，8篇代表性论文SCI他引1162次。项目取得的创新性成果也获得同行专家积极正面的评价。项目完成人曾获吉林省科学技术进步奖一等奖（2011年和2007年），科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖（2011年），中国化学会赢创化学创新奖（2012年）和科技部2013年科技创新创业人才。

拟推荐该项目为国家自然科学奖二等奖。

三、项目简介

该项目属于材料科学领域，是功能高分子材料研究的国际前沿课题。针对可吸收医用高分子材料在再生医学和药物递送应用中存在的材料分子序列、微观结构与性能相互关系的科学问题，通过分子结构设计，在国际上率先建立了聚乳酸和聚氨基酸类材料的可控制备新策略，实现了材料性能的精确调控。为材料在骨折内固定器件、组织工程支架和药物缓释载体等领域的应用奠定了基础。主要发现点为：

1）建立了聚乳酸类可吸收医用高分子再生医学材料的制备新方法

建立了聚乳酸可控制备新催化体系。发现了一系列新型的席夫碱-铝催化剂，对手性丙交酯单体聚合具有高度立体选择性，实现了聚乳酸分子序列和晶体结构可调控，

率先将聚外消旋丙交酯熔点突破220°C，揭示了聚乳酸分子序列对结晶及力学性能的影响规律。首次发现无机粒子表面活性羟基可直接引发丙交酯开环聚合的科学现象，解决了纳米羟基磷灰石与聚乳酸类高分子复合材料分散难题，增强了有机/无机复合材料界面相容性，显著提高了材料的力学性能与成骨诱导性能，引领了均匀分散纳米复合材料制备技术的新发展，被许多国际同行采用与借鉴。日本丰田技术研究所Okamoto教授评述该项目做出了对生物医学领域有意义的工作。采用该技术制备的可吸收接骨螺钉和接骨板获得国家食品药品监督管理总局颁发的医疗器械注册证2件。首次提出了“乳液电纺”思想，制备了聚乳酸超细纤维毡，解决了油溶性聚合物纤维难以担载水溶性分子的科学难题。美国三院院士、麻省理工学院Robert Langer教授评述该项目“开发的电纺丝技术适用于聚乳酸产品大规模生产”。

2）提出了聚氨基酸类可吸收医用高分子药物载体构建新策略

建立了两性聚氨基酸肿瘤微环境响应可逆遮蔽策略，解决了高分子基因载体在体内运输稳定性与肿瘤细胞高效内吞相互制约的科学难题。创新性地利用聚氨基酸改性的聚乙烯亚胺分子构筑了仿生基因载体。提出了基于聚氨基酸的顺铂前药策略，制备了pH和还原环境双敏感的顺铂高分子前药，实现了肿瘤细胞中选择性地释放活性药物，解决了广谱抗肿瘤药物顺铂的高毒副作用难题。开发了两亲性聚氨基酸载体与药物之间的静电和疏水共同作用的方法，利用阿霉素盐酸盐的正电荷与聚（L-谷氨酸）段的负电荷之间的静电相吸，以及紫杉醇与聚（L-赖氨酸/脱氧胆酸）段之间的疏水相互作用，实现了阿霉素盐酸盐和紫杉醇的高效共载，解决了物理化学性质差异显著药物的共载难题。美国弗吉尼亚理工大学的Chenming Zhang教授评述该项目“共传递多种抗肿瘤药物是提高治疗效果的非常有潜力的策略，能够实现协同增效、增加敏感性，提高治疗指数。”

8篇代表性论文SCI他引1162次。项目第一完成人陈学思研究员任第一、六、十届国际生物材料暨中日韩（A3计划）前瞻计划项目学术研讨会大会主席。并获得国家科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖（2011年），2007、2011年两项吉林省科技进步一等奖（自然科学类），2014年科技部“科技创新创业人才”，2012年中国化学会赢创化学创新奖。2016年入选国际生物材料与工程联合会会士。

四、客观评价

8篇代表性论文发表在本领域权威期刊Macromolecules、Biomaterials、J Controlled Release上，SCI他引共计1162次，单篇最高SCI他引228次【附件17,18：论文检索证明】。研究成果发表后，很快被国际同行在Chem Soc Rev、Prog PolymSci、Angew Chem Int Ed、AdvMater等杂志上引用介绍或评述。国内外30多个课题组充分肯定和广泛引用该项目的工作，并采用该项目的方法和技术跟踪研究，对本领域的发展起到了推动和引领作用。具体引用与评价情况如下：

1）美国科学院、工程院和医学院三院院士，麻省理工学院教授Robert Langer在Adv Drug Deliver Rev 2016, 107, 367中评述了【代表性论文4】：该项目“开发的电纺丝技术适用于聚乳酸产品的大规模生产”(Several processing technologies for PLA have been developed forlarge-scale production lines …including …electro spinning)。

2）上海交通大学颜德岳院士等在Adv Mater 2010, 22, 4567上，重点介绍了【代表性论文6】中所制备的两亲性PEG-PEI-PBLG的特性和优点（Chenand coworkers reported the self-assembly of an amphiphilic biodegradablehyperbranched multiarm copolymer HPEI-star-(PEO/PBLG) with a HPEI core andmixed arms of PEO and poly(γ-benzyl-L-glutamate) (PBLG)…）。

3）ACS Nano副主编、美国哈佛医学院Ali Khademhosseini教授在Current Opinion in Biotechnology 2012, 23, 820中引用【代表性论文3】，指出该项目合成的聚合物/陶瓷复合材料可被广泛用于骨组织工程（…polymer/ceramic composites have been widely used in bone tissueengineering）。【代表性引文3】

4）英国伦敦帝国理工学院的Charlotte K. Williams教授在文章Polym Rev 2008, 48, 11中评述了【代表性论文1】，认为该项目的工作阐明了催化剂结构、空间位阻与立体选择性之间的关系。

5）西班牙公立卡斯蒂利亚拉曼查大学的Antonio Otero教授的文章Coord Chem Rev 2013, 257, 1806 中评述了【代表性论文1】，认为该项目开发的烷基铝单活性位点催化剂是迄今为止发现的极少的能够在无助催化剂情况下催化外消旋丙交酯开环聚合的有效催化剂之一。【代表性论文3之其他引文】

6）日本丰田技术研究所Masami Okamoto教授在Prog Polym Sci 2013, 38, 1487上评述【代表性论文2】：“表面接枝羟基磷灰石纳米颗粒在表面上分布更均匀，从而提高了聚乳酸/表面接枝羟基磷灰石纳米复合材料的细胞相容性。该纳米复合材料可在所需部位诱导与促进新骨形成，对于生物医学领域具有意义（These nanocomposites are of interest to the biomedical communitybecause the materials have a that induces and promotes new bone formation atthe required site）”。【代表性引文2】

7）新加坡南洋理工大学Lin Li教授在Nanomedicine 2013, 8, 639上以原图引用的方式，大篇幅评述了【代表性论文3】：“章等人首先制备了表面接枝低聚乳酸的纳米羟基磷灰石，然后通过溶剂浇铸/粒子沥滤方法与PLGA共混，研究了材料在骨替代方面的应用……在聚合物支架材料中添加BMP-2与纳米羟基磷灰石是制备高性能骨再生材料非常有效的方法（The addition of BMP2 and HA into polymer scaffolds is a very helpfulway to produce high performance bone regenerative materials）”。【代表性论文3之其他引文】

8）美国医学与生物工程院会士，密歇根大学教授Peter X. Ma在Adv Drug Deliver Rev 2012, 64, 1129中评述了【代表性论文4】：“采用乳液电纺丝的方法，不需要复杂

的喷丝头就可以得到核壳结构的纳米纤维。”

9）德国马尔堡大学的Joachim H. Wendorff教授在Angew Chem Int Ed 2007, 46, 5670中评述了【代表性论文5】：认为该项目制备的可降解载药聚合物纳米纤维适用于局部化疗。

10）中国科学技术大学刘世勇教授在Chem Soc Rev 2013, 42, 7289中评述了【代表性论文7】，认为该项目“将低毒性四价铂-高毒性二价铂细胞内还原环境转化与其它肿瘤或细胞内刺激响应功能整合到一个递送系统中，能够极大地促进纳米载体药物的响应性释放，从而提高疗效”(…the integration of this feature with other tumor or intracellularstimuli into one delivery system can greatly facilitate stimuli-responsiverelease from nanocarriers and improve therapeutic efficacy…)。【代表性引文7】

11）美国弗吉尼亚理工大学的Chenming Zhang教授在Mol Pharm 2017, 14, 2697中评述了【代表性论文8】，认为该项目“多种抗肿瘤药物共传递是提高治疗效果的非常有潜力的策略，可以实现协同增效、增加敏感性，提高治疗指数”（…codelivery of multiple anticancer drugs is considered a promisingstrategy to improve the therapeutic index by achieving synergistic efficacy andincreasing sensitivity）。【代表性引文8】

2.国内外重要科技奖励【附件27-32】

2014年，项目第一完成人陈学思获科技部“2013年科技创新创业人才”。

2012年，项目第一完成人陈学思获中国化学会赢创化学创新奖。

2011年，项目第一完成人陈学思获科技部“十一五”国家科技计划执行突出贡献奖。

2011年，项目组获得吉林省科学技术进步奖一等奖，获奖项目：可降解医用高分子材料的基础应用研究（项目第一完成人陈学思排名第一）。

2009年，项目第一完成人陈学思获2009 年度“中国化学会高分子科学创新论文奖”。

2007年，项目组获得吉林省科学技术进步奖一等奖，获奖项目：新型生物可降解高分子的合成与应用探索（项目第一完成人陈学思排名第一）。