Mechanochemical bond scission for the activation of drugs

化学 共价键 前药 键裂 组合化学 氢键 连接器 纳米颗粒 肽键 药物输送 催化作用 高分子 立体化学 生物物理学 纳米技术 有机化学 分子 生物化学 材料科学 计算机科学 操作系统 生物
作者
Shuaidong Huo,Pengkun Zhao,Zhiyuan Shi,Miancheng Zou,Xintong Yang,Eliza M. Warszawik,Mark Loznik,Robert Göstl,Andreas Herrmann
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:13 (2): 131-139 被引量:243
标识
DOI:10.1038/s41557-020-00624-8
摘要

Pharmaceutical drug therapy is often hindered by issues caused by poor drug selectivity, including unwanted side effects and drug resistance. Spatial and temporal control over drug activation in response to stimuli is a promising strategy to attenuate and circumvent these problems. Here we use ultrasound to activate drugs from inactive macromolecules or nano-assemblies through the controlled scission of mechanochemically labile covalent bonds and weak non-covalent bonds. We show that a polymer with a disulfide motif at the centre of the main chain releases an alkaloid-based anticancer drug from its β-carbonate linker by a force-induced intramolecular 5-exo-trig cyclization. Second, aminoglycoside antibiotics complexed by a multi-aptamer RNA structure are activated by the mechanochemical opening and scission of the nucleic acid backbone. Lastly, nanoparticle-polymer and nanoparticle-nanoparticle assemblies held together by hydrogen bonds between the peptide antibiotic vancomycin and its complementary peptide target are activated by force-induced scission of hydrogen bonds. This work demonstrates the potential of ultrasound to activate mechanoresponsive prodrug systems.
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