Bottlebrush polymers with flexible enantiomeric side chains display differential biological properties

侧链 化学 对映体 手性(物理) 立体化学 高分子 聚合物 构象异构 聚合 分子 组合化学 有机化学 手征对称破缺 生物化学 量子力学 物理 Nambu–Jona Lasinio模型 夸克
作者
Hung V.-T. Nguyen,Yivan Jiang,Somesh Mohapatra,Wencong Wang,Jonathan C. Barnes,Nathan J. Oldenhuis,Kathleen K. Chen,Simon Axelrod,Zhihao Huang,Qixian Chen,Matthew R. Golder,Katherine Young,Dylan Suvlu,Yizhi Shen,Adam P. Willard,Michael J. A. Hore,Rafael Gómez‐Bombarelli,Jeremiah A. Johnson
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:14 (1): 85-93 被引量:55
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00826-8
摘要

Chirality and molecular conformation are central components of life: biological systems rely on stereospecific interactions between discrete (macro)molecular conformers, and the impacts of stereochemistry and rigidity on the properties of small molecules and biomacromolecules have been intensively studied. Nevertheless, how these features affect the properties of synthetic macromolecules has received comparably little attention. Here we leverage iterative exponential growth and ring-opening metathesis polymerization to produce water-soluble, chiral bottlebrush polymers (CBPs) from two enantiomeric pairs of macromonomers of differing rigidity. Remarkably, CBPs with conformationally flexible, mirror image side chains show several-fold differences in cytotoxicity, cell uptake, blood pharmacokinetics and liver clearance; CBPs with comparably rigid, mirror image side chains show no differences. These observations are rationalized with a simple model that correlates greater conformational freedom with enhanced chiral recognition. Altogether, this work provides routes to the synthesis of chiral nanostructured polymers and suggests key roles for stereochemistry and conformational rigidity in the design of future biomaterials. The contributions of chirality and conformation as contributing factors to the biological properties of synthetic nanomaterials remain underexplored. A synthesis of bottlebrush polymers with mirror-image side chains has now been developed and it has been revealed that an interplay between side-chain absolute configuration and flexibility influences the biological properties of these polymers both in vitro and in vivo.
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