CN111655777A - 通过芳香族低聚酰胺折叠体形成的跨膜孔及其用途 - Google Patents

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Abstract

提供了芳香族低聚酰胺折叠体及其自组装组合物。芳香族低聚酰胺折叠体和组合物可形成可在膜中形成孔的管状结构。孔可用于运输离子和分子(例如冷冻保护剂或治疗剂)通过膜。管状结构在低温下表现出期望的稳定性。

Description

通过芳香族低聚酰胺折叠体形成的跨膜孔及其用途
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月15日提交的美国临时申请号62/586,589和于2018年9月10日提交的美国临时申请号62/729,235的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及低聚酰胺折叠体。更具体地，本公开内容涉及可用于形成跨膜孔的自组装芳香族低聚酰胺折叠体。
背景技术
质膜通过充当阻止大多数水溶性物质的无助运动的渗透屏障而起重要的生物学作用。这种膜保持了细胞内部和外部之间的特性差异。在生物系统中，细胞膜的通透性由沿着浓度梯度驱动的被动孔和逆着浓度梯度的主动运输蛋白调节。
建立合成通道的努力始于三十年前，并且仍在进行中，其中大多数系统基于离子运输，并且很少基于分子运输。与蛋白质孔相比，合成有机孔具有独特的优势，包括明显较小的分子质量、合成可调性(其允许引入与基于蛋白质的孔不相容或不能引入基于蛋白质的孔中的结构单元)、高稳定性和非免疫原性。然而，由于当前合成方法的局限性，膜蛋白的结构变异性仍未被广泛开发，并且难以实现合成构建物。实际上，最少地利用生物学方法就可以轻易合成的功能大孔非常罕见。
质膜的受控孔道化(poration)可以彻底改变许多与不可渗透的亲水性物质的跨细胞膜的运输有关的重要应用。天然成孔蛋白用于亲水性分子(例如糖)的细胞内递送的用途已显示出希望。先前已证明，当通过成孔毒素α-溶血素的基因工程变体运输时，0.2M海藻糖的细胞内递送可显著改善解冻后细胞的活力。α-溶血素的大内腔
Figure BDA0002584576640000011
可以允许诸如海藻糖的分子的充分运输，但由于大孔仍保持开放，特别是在生理温度下，基于缺乏选择性运输的细胞毒性代替了不利的CPA细胞毒性。合理的阻断策略对于降低毒性至关重要，并且通过添加高浓度的Zn2+离子使基于α-溶血素的基因工程成孔蛋白阻断18小时。此外，大多数生物孔具有热和机械不稳定性，与水以外的溶剂不相容以及免疫原性的缺点。在过去的几十年中，通过开发能够模仿天然系统的合成孔来克服蛋白质孔的不足吸引了许多化学家的兴趣。这些通道和孔提供了显著的优势，例如合成效率和结构多样性以工程改造多种功能，例如响应性和选择性运输。凭借其现成的功能化、通用的相容性和模块化的分子识别能力，可以对其进行结构修饰的有机纳米管可以克服生物孔和已知合成孔的局限性。迄今为止开发的大多数已知的合成孔系统集中在选择性离子运输上，而很少能传输分子。具有允许分子尤其是膜不可渗透的亲水性分子运输的尺寸的自组装或单分子孔很少，而受外部刺激(例如pH、光或热)调节的合成孔尚不可用。
发明内容
本公开内容提供了芳香族低聚酰胺折叠体和由芳香族低聚酰胺折叠体形成的自组装组合物。化合物和组合物可形成可在膜中形成孔的管状结构。本公开内容还提供了本公开内容的化合物和组合物的用途。
在一个方面，本公开内容提供了包含折叠低聚酰胺的化合物(折叠低聚酰胺在本文中也称为“折叠体”)。低聚酰胺包含通过至少一个酰胺键连接的多个芳香族取代基。
在一个实例中，本公开内容的化合物具有弯曲的骨架。不受任何特定理论的束缚，弯曲的骨架主要是由于分子内氢键，其使每个酰胺基团与每个芳香族取代基的酰胺键刚性化，并且至少部分是由于芳香族取代基之间的相互作用(例如，π-π相互作用)，从而使弯曲的骨架稳定。
在多个实例中，本公开内容的芳香族取代基具有以下结构：
Figure BDA0002584576640000021
(在下文中分别称为“B”、“N”和“BN”残基)，其中R和R’独立地选自由以下组成的组：直链烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)、支链烷基(例如，丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等的支链衍生物)和醚基和寡醚基团(例如-(CH2)2OCH3、-(CH2)2OCH2CH3、-(CH2)2OCH2CH(CH3)2、-(CH2)2O(CH2)2CH(CH3)2等)；X为酰基(例如，乙酰基、三氟乙酰基、苯乙酰基、芴基甲氧基羰基等)或芳基取代基；并且Y为i)-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHR”或-NHAr，ii)-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH3、-OC(CH3)3或OR”，其中Ar为芳基，R”为直链或支链烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)，或芳香族取代基。
寡醚基团的其它实例包括但不限于
Figure BDA0002584576640000031
等，其中星号表示立体碳(即具有立体化学R型或S型的碳)，n为1、2、3、4、5或6，并且R”’为直链或支链的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基等)。
在一个实例中，本公开内容的化合物形成折叠的管状结构(例如，螺旋)。在一个非限制性说明性实例中，化合物如以下结构所示折叠(使用B芳香族取代基作为实例，并且不排除N、BN及其组合(包括与B的组合)的实例)：
Figure BDA0002584576640000032
其中从该结构的粗体端开始顺时针移动，该化合物向下螺旋进入页面。
在一个方面，本公开内容提供了包含本公开内容化合物的组合物。在一个实例中，本公开内容的多个化合物组装成使得多个所述化合物在彼此顶部堆叠以形成圆柱形结构。圆柱形结构是组装的化合物的组合物，并且每个化合物的纵轴同轴对齐。圆柱形结构具有内部和外部。圆柱形结构的内部是连续的中空管状腔。其它组装体是预期的并且在本发明的范围内。
本公开内容的组合物可以形成螺旋(并且因此可以被称为螺旋或螺旋组合物)。螺旋可以是右旋的或左旋的。
在一个方面，本公开内容提供了本公开内容的化合物和/或组合物的用途。在多个实例中，本公开内容的一种或多种化合物和/或组合物用于在囊泡中形成孔(例如，在脂质体和/或细胞中形成跨膜孔)。孔可以是纳米孔。在多个实例中，可以将本公开内容的化合物和/或组合物施用于细胞、组织、器官或个体(例如，有此需要的个体)。个体可以是人、非人哺乳动物、非哺乳动物或植物。
本公开内容的化合物和/或组合物可以形成跨膜孔。例如，膜是脂质体、细胞或其它类似囊泡或分子系统的膜。本公开内容的化合物和/或组合物可以被称为成孔化合物和/或组合物。
通过由本公开内容的化合物和/或组合物形成的孔(例如，跨膜孔)可以运输目标分子。在多个实例中，目标分子是亲水性物质。因此，在多个实例中，本公开内容的方法包括使具有跨膜孔的囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)的膜与目标分子接触，在此将目标分子运输到囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)中。在多个另外的实例中，将目标分子(例如，亲水性物质)运输出细胞。目标分子的非限制性实例包括离子(例如质子、钠、钾或氯离子)、染料(例如8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐(HPTS))、在细胞或组织培养中通常使用的营养素、小分子(例如药物，例如抗癌药，5-氟-2'-脱氧尿苷(5-FdU)等)、碳水化合物(例如戊糖和己糖，例如但不限于甘露糖、葡萄糖、半乳糖等；二糖，例如但不限于蔗糖和海藻糖等)；多元醇(在本文中也称为“糖醇”，例如甘露醇、山梨糖醇等)，金属离子的螯合剂(例如金属离子的亲水性螯合剂，例如Fe(II)和/或Fe(III)的亲水性螯合剂)、冷冻保存剂(CPA，例如但不限于DMSO、乙二醇和丙二醇)、肽，及其组合。合适的CPA、离子和营养素的例子是本领域已知的。
使用本公开内容的化合物和/或组合物的方法包括：i)使囊泡(例如脂质体，细胞或类似的囊泡或分子系统)的膜与至少一种本公开内容的化合物和/或组合物接触，使得化合物和/或组合物在囊泡的膜中形成孔，其中囊泡任选地封装刺激响应性分子(例如荧光染料)；ii)使分析物(例如，包含分析物，例如碳水化合物、肽、染料和/或离子的溶液)与囊泡接触，使得分析物与孔相互作用(例如结合)；和iii)测量封装的刺激响应性分子的荧光发射的变化。
在一个方面，本公开内容的化合物和/或组合物可用于分子级色谱法。
附图说明
为了更全面地理解本公开内容的本质和目的，应当参考结合附图进行的以下详细描述。
图1显示了折叠成包含不同直径的内孔的螺旋构象的三个系列的芳香族低聚酰胺。
图2显示了所有侧链(R基团)均被甲基取代的B系列低聚物的(A)8聚体、16聚体、32聚体和(B)64聚体的能量最小的折叠结构。显示了每个螺旋的大致长度。
图3显示了合成B系列低聚酰胺的一般程序。相同的合成步骤同样适用于N和BN系列低聚酰胺的制备。
图4显示了B系列低聚酰胺折叠体的质子运输活性。
具体实施方式
现仅就某些实例描述要求保护的主题，但是其它实例，包括未提供本文阐述的所有优点和特征的实例，也在本公开内容的范围内。在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以进行多种结构、逻辑、处理步骤和电子改变。
本文公开了值的范围。范围列出了下限值和上限值。除非另有说明，否则该范围包括至最小值(下限值或上限值)的量级的所有值以及所述范围的值之间的范围。
如本文所用，除非另有说明，否则术语“基团”是指具有一个可以与其它化学物质共价键合的末端的化学实体。基团的实例包括但不限于：
Figure BDA0002584576640000051
和
Figure BDA0002584576640000052
如本文所用，除非另有说明，否则术语“部分”是指具有两个或更多个可以与其它化学物质共价键合的末端的化学实体。部分的实例包括但不限于：
Figure BDA0002584576640000053
和
Figure BDA0002584576640000054
如本文所用，除非另有说明，否则术语“烷基”是指支链或非支链的饱和烃基。烷基的实例包括但不限于甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、叔丁基等。例如，烷基可以是C1至C12烷基，包括其间所有整数碳数和碳数范围(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11和C12)。烷基可以是未经取代的或被一个或多个取代基取代。取代基的实例包括但不限于各种取代基，例如卤素(-F、-Cl、-Br和-I)、脂肪族基团(例如烷基、烯基、炔基)、芳基、醇/酚盐基团(alkoxide group)、羧酸盐基团(carboxylate group)、羧酸、醚基、胺、醇、硫醇等及其组合。
如本文所用，除非另有说明，否则术语“芳基”是指C5至C14的芳香族或部分芳香族的碳环基团，包括其间所有整数碳数和碳数范围(C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13和C14)。芳基可包含聚芳基部分，例如稠环或联芳基部分。芳基可以是未经取代的或被一个或多个取代基取代。取代基的实例包括但不限于各种取代基，例如卤素(-F、-C、-Br和-I)、脂肪族基团(例如，烯烃、炔烃)、芳基、醇/酚盐、羧酸盐、羧酸、醚基、胺、醇、硫醇等及其组合。芳基的实例包括但不限于苯基、联芳基(例如，联苯基)和稠环基团(例如，萘基)。
本发明的化合物和组合物可用于冷冻保护、纳米孔促进的治疗分子的运输和/或摄取(或药物递送)和/或其它药物或生物学应用。例如，化合物和组合物可通过释放胶囊(如脂质体)的内容物来用于药物有递送，通过使细胞针对细胞毒性药物透化来用于生物治疗，或通过向细胞加载生物保护剂来用于生物保存。
本公开内容提供了芳香族低聚酰胺折叠体和由芳香族低聚酰胺折叠体形成的自组装组合物。化合物和组合物可形成可在膜中形成孔的管状结构。本公开内容还提供了本公开内容的化合物和组合物的用途。
在一个方面，本公开内容提供了包含折叠低聚酰胺的化合物(折叠低聚酰胺在本文中也称为“折叠体”)。低聚酰胺包含通过至少一个酰胺键连接的多个芳香族取代基。
在一个实例中，本公开内容的化合物具有弯曲的骨架。不受任何特定理论的束缚，弯曲的骨架主要是由于分子内氢键，其使每个酰胺基团与每个芳香族取代基的酰胺键刚性化，并且至少部分是由于芳香族取代基之间的相互作用(例如，π-π相互作用)，从而使弯曲的骨架稳定。
在多个实例中，本公开内容的芳香族取代基具有以下结构：
Figure BDA0002584576640000061
(在下文中分别称为“B”、“N”和“BN”残基)，其中R和R’独立地选自由以下组成的组：直链烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)、支链烷基(例如，丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等的支链衍生物)和醚基和寡醚基团(例如-(CH2)2OCH3、-(CH2)2OCH2CH3、-(CH2)2OCH2CH(CH3)2、-(CH2)2O(CH2)2CH(CH3)2等)；X为酰基(例如，乙酰基、三氟乙酰基、苯乙酰基、芴基甲氧基羰基等)或芳基取代基；并且Y为i)-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHR”或-NHAr，ii)-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH3、-OC(CH3)3或OR”，其中Ar为芳基，R”为直链或支链烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)，或芳香族取代基。
寡醚基团的其它实例包括但不限于
Figure BDA0002584576640000062
等，其中星号表示立体碳(即具有立体化学R型或S型的碳)，n为1、2、3、4、5或6，并且R”’为直链或支链的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、异戊基等)。
化合物可以具有多种数目的芳香族取代基(例如，芳基部分，例如B、N和BN残基)。在一个实例中，化合物具有1至128个芳香族取代基，包括所有整数个芳香族取代基。在多个实例中，化合物是8聚体、10聚体、12聚体、16聚体、32聚体、64聚体或128聚体，其中整数(例如8、16等)对应于化合物中芳香族取代基(例如，芳基部分，例如B、N和BN残基)的数目。
在一个实例中，本公开内容的化合物具有以下结构：
Figure BDA0002584576640000071
(在下文中分别称为“B”、“N”和“BN”残基)，其中R和R’独立地选自由以下组成的组：直链烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)、支链烷基(例如，丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等的支链衍生物)和醚基和寡醚基团(例如-(CH2)2OCH3、-(CH2)2OCH2CH3、-(CH2)2OCH2CH(CH3)2、-(CH2)2O(CH2)2CH(CH3)2等)；X为酰基(例如，乙酰基、三氟乙酰基、苯乙酰基、芴基甲氧基羰基等)；Y为i)-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHR”或-NHAr，或ii)-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH3、-OC(CH3)3或-OR”，其中Ar为芳基，R”为直链或支链烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)；并且其中n＝1至64，包括其之间的所有整数和范围。在多个实例中，n为4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20。在多个实例中，n为4、5或6。
在一个实例中，本公开内容的化合物，对于每个芳香族取代基，与氧键合且与酰胺氢氢键键合的芳香族取代基的至少一个取代基(例如，R和/或R’)必须是甲基。例如，对于每个骨架酰胺键，酰胺键任一侧的芳香族取代基上的至少一个取代基(例如，R和/或R’)必须是甲基。
在多个实例中，芳香族取代基上的每个取代基(例如，R和/或R’)可以是相同的、不同的或多种取代基的组合。在一些非限制性说明性实例中，本公开内容的化合物的芳香族取代基具有以下结构之一：
Figure BDA0002584576640000081
Figure BDA0002584576640000091
Figure BDA0002584576640000101
Figure BDA0002584576640000111
在一个实例中，本公开内容的化合物形成折叠的管状结构(例如，螺旋)。在一个非限制性说明性实例中，化合物如以下结构所示折叠(使用B芳香族取代基作为实例，并且不排除N、BN及其组合(包括与B的组合)的实例)：
Figure BDA0002584576640000121
其中从该结构的粗体端开始顺时针移动，该化合物向下螺旋进入页面。
本公开内容的化合物可以形成螺旋(并且因此可以被称为螺旋或螺旋化合物)。螺旋可以是右旋的或左旋的。
在一个实例中，螺旋包含每匝具有6.5个残基(例如，残基为具有例如但不限于结构B、N、BN或其组合的芳香族取代基)的化合物。螺旋可包含每匝具有约
Figure BDA0002584576640000122
的螺距的化合物。每匝的螺距和残基数由芳香族取代基的键角决定。不受任何特定理论的束缚，这些键角可以根据温度而改变数度。这样，预期每匝的残基数和螺距将分别不是精确的6.5个残基和
Figure BDA0002584576640000123
而是每匝的残基数和螺距将在围绕这些基值的范围内。例如，螺旋可以具有每匝6.5±1个残基，包括0至1之间的所有0.1个残基值和范围。在另一个示例中，螺旋的螺距为
Figure BDA0002584576640000124
包括0至1之间的所有0.1个残基值和范围。
本公开内容的螺旋具有内部和外部。在一个实例中，螺旋的内部是包含亲水基团/部分的中空管状腔。在一个实例中，螺旋的外部包含疏水基团/部分。
螺旋的内部具有最宽内部线性尺寸(例如，内径)。内部的最宽内部线性尺寸为3.5至
Figure BDA0002584576640000125
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000126
值和的范围。
在一个实例中，在本公开内容的化合物中的最宽内部线性尺寸(例如，内径)可以变化。在这样的实例中，螺旋可包括不同的段，每个段具有不同的最宽内部线性尺寸。例如，包括至少一匝的螺旋的一个段可以具有
Figure BDA0002584576640000127
的最宽内部线性尺寸。在包括至少一匝的螺旋的第二个段中，可具有
Figure BDA0002584576640000128
的最宽内部线性尺寸。在包括至少一匝的螺旋的第三个段中，可具有
Figure BDA0002584576640000129
的最宽内部线性尺寸。
在一个实例中，螺旋具有最长线性尺寸(例如，长度)。最长线性尺寸为3.5至
Figure BDA00025845766400001210
包括其间的所有
Figure BDA00025845766400001211
值和的范围。在另一个实例中，最长线性尺寸是4至
Figure BDA00025845766400001212
包括其间的所有
Figure BDA00025845766400001213
值和的范围。
理想地，芳香族取代基上的取代基(例如，R和/或R’)具有适度的亲水性。在一个实例中，本公开内容的化合物可溶于极性非质子溶剂(例如，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等)中。例如，本公开内容的化合物保持毫摩尔浓度的溶解度(例如，以0.1至10mM的浓度可溶，包括其间的所有0.1mM值和范围)。
在一方面，本公开内容提供了包含本公开内容的化合物的组合物。在一个实例中，多个本公开内容的化合物组装，使得化合物在彼此顶部堆叠以形成圆柱形结构。圆柱形结构是组装化合物的组合物，并且每个化合物的纵轴同轴对齐。圆柱形结构具有内部和外部。圆柱形结构的内部是连续的中空管状腔。其它组装体是预期的并且在本发明的范围内。
本公开内容的组合物可以形成螺旋(并因此可以被称为螺旋或螺旋组合物)。螺旋可以是右旋的或左旋的。
在一个实例中，组合物包含每匝具有6.5个残基(例如，残基为具有例如但不限于结构B、N或BN的芳香族取代基)的螺旋。螺旋可包含每匝具有约
Figure BDA0002584576640000131
的螺距的化合物。每匝的螺距和残基数由芳香族取代基的键角决定。不受任何特定理论的束缚，这些键角可以根据温度而改变数度。这样，预期每匝的残基数和螺距将分别不是精确的6.5个残基和
Figure BDA0002584576640000132
而是每匝的残基数和螺距将在围绕这些基值的范围内。例如，螺旋可以具有每匝6.5±1个残基，包括0至1之间的所有0.1个残基值和范围。在另一个示例中，螺旋的螺距为
Figure BDA0002584576640000133
包括0至1之间的所有0.1个残基值和范围。
在一个实例中，组合物的内部包含亲水基团/部分。在一个实例中，外部包含疏水基团/部分。
本公开内容的组合物的内部具有最宽线性尺寸(例如，直径)。内部的最宽内部线性尺寸为3.5至
Figure BDA0002584576640000134
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000135
值和的范围。
组合物具有最长线性尺寸(例如，长度)。最长线性尺寸为3.5至
Figure BDA0002584576640000136
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000137
值和的范围。在另一个实例中，最长线性尺寸是4至
Figure BDA0002584576640000138
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000139
值和的范围。
在一个实例中，本公开内容的组合物包含本公开内容的螺旋化合物，其中每个螺旋化合物具有不同的最长线性尺寸(例如，长度)。例如，组合物包含最长线性尺寸为
Figure BDA00025845766400001310
的第一化合物，最长线性尺寸为
Figure BDA00025845766400001311
的第二化合物和最长线性尺寸为
Figure BDA00025845766400001312
的第三化合物。
在一个实例中，本公开内容的组合物可包含本公开内容的螺旋化合物，其中每个螺旋化合物包含不同的多个芳香族取代基或多个芳香族取代基的组合。例如，本公开内容的组合物可含有包含BN芳香族取代基的第一螺旋化合物、包含B芳香族取代基的第二螺旋化合物、和包含N芳香族取代基的第三螺旋化合物。在另一个实例中，本公开内容的组合物可含有包含BN芳香族取代基和B芳香族取代基的第一螺旋化合物、包含BN芳香族取代基的第二螺旋化合物和包含N芳香族取代基的第三螺旋化合物。
在一个实例中，本公开内容的组合物可溶于极性非质子溶剂(例如，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)等)中。例如，本公开内容的组合物保持毫摩尔浓度的溶解度(例如，在极性非质子溶剂中以0.1至10mM的浓度可溶，包括其间的所有0.1mM值和范围)。
在一个方面，本公开内容提供了本公开内容的化合物和/或组合物的用途。在多个实例中，本公开内容的一种或多种化合物和/或组合物用于在囊泡中形成孔(例如，在脂质体和/或细胞中形成跨膜孔)。孔可以是纳米孔。在多个实例中，可以将本公开内容的化合物和/或组合物施用于细胞、组织、器官或个体(例如，有此需要的个体)。个体可以是人、非人哺乳动物、非哺乳动物或植物。
短螺旋折叠体(例如，具有一到五个螺旋匝的那些)可以彼此在顶部堆叠并形成跨越脂质双层(例如，细胞膜)的自组装孔，而长螺旋(例如，具有多至十至十二个螺旋匝的单个折叠体)可以用作跨越脂质双层的单分子孔。自组装孔，特别是由堆叠的短螺旋组成的那些，在低温下是稳定的，但是在高温下由于热运动而被破坏。这样的自组装孔可用于开发热响应性(即，温度响应性)的方法，用于将目标分子递送到细胞中。在一个实例中，堆叠的短螺旋在1–40℃(包括其间的每个0.1℃值和范围)是稳定的。在多个实例中，堆叠的短螺旋在1–37℃(包括其间的每个0.1℃值和范围)是稳定的。
在多个实例中，本发公开内容的化合物和/或组合物用于冷冻保护方法、纳米孔促进的治疗和/或诊断分子的运输和/或摄取和/或其它药物或生物学应用。例如，本公开内容的化合物和/或组合物可以用于递送药物(例如治疗药物)、营养素、显像剂、放射性或荧光示踪剂或其组合的方法(例如，作为膜结合的传感器分子和离子(例如，在用于检测化学或生物战样有毒蛋白质和细菌(例如炭疽)的方法中)和作为纳米孔阵列(膜)(其可用作例如分离和纯化例如分子和离子的材料或用于分离和纯化例如分子和离子的方法)。
本公开内容的化合物和/或组合物可形成跨膜孔。例如，膜是脂质体、细胞或其它类似囊泡或分子系统的膜。本公开内容的化合物和/或组合物可以被称为成孔化合物和/或组合物。
在一个实例中，本公开内容的化合物和/或组合物形成具有与脂质双层或细胞膜的厚度(通常为～3.6至4.0nm)匹配的长度的单分子或自组装孔。例如，跨越膜的全长的化合物称为分子孔和/或单分子孔。例如，跨越膜的全长的组合物是自组装的孔。
在一个实例中，本公开内容的方法包括使本公开内容的化合物和/或组合物(例如，溶解在溶剂(例如，水或水与一种或多种极性非质子溶剂例如DMSO或DMF的混合物)中的本公开内容的化合物和/或组合物)与具有膜的囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)接触(例如，在等于或低于生理温度的温度)，并且从而使化合物和/或组合物形成跨越膜厚度的孔(例如跨膜孔)。
通过由本公开内容的化合物和/或组合物形成的孔(例如，跨膜孔)可以运输目标分子。在多个实例中，目标分子是亲水性物质。因此，在多个实例中，本公开内容的方法包括使具有跨膜孔的囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)的膜与目标分子接触，在此将目标分子运输到囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)中。在多个另外的实例中，将目标分子(例如，亲水性物质)运输出细胞。目标分子的非限制性实例包括离子(例如质子、钠、钾或氯离子)、染料(例如8-羟基芘-1,3,6-三磺酸三钠盐(HPTS))、在细胞或组织培养中通常使用的营养素、小分子(例如药物，例如抗癌药，5-氟-2'-脱氧尿苷(5-FdU)等)、碳水化合物(例如戊糖和己糖，例如但不限于甘露糖、葡萄糖、半乳糖等；二糖，例如但不限于蔗糖和海藻糖等)；多元醇(在本文中也称为“糖醇”，例如甘露醇、山梨糖醇等)，金属离子的螯合剂(例如金属离子的亲水性螯合剂，例如Fe(II)和/或Fe(III)的亲水性螯合剂)、冷冻保存剂(CPA，例如但不限于DMSO、乙二醇和丙二醇)、肽，及其组合。合适的CPA、离子和营养素的例子是本领域已知的。
在多个实例中，包含BN和/或N残基的化合物对于将目标分子运输输进入细胞或出细胞是理想的。
在纳米孔促进的治疗分子的运输和/或摄取中，技术的应用可以包括但不限于：用于生物医学研究和在癌症和其它疾病的生物药物中应用的药物(例如亲水性药物)和/或佐剂的细胞内递送；用于基因治疗等的抗原、反义核酸(DNA和RNA)的细胞内递送；以及其它医学应用，例如细胞疗法(例如嵌合抗原受体疗法(CAR-T))和血液疗法。
在示例性应用中，药物递送和/或药物获取辅助包括但不限于将一种或多种药物或试剂递送(例如，亲水性药物和/或佐剂的细胞内递送)至动物(例如哺乳动物)的活体器官、非活体器官、标本、骨髓、血液、干细胞等。所述动物可以是人或非人。示例性的药物递送应用可以包括相关的药物制剂、装置、递送方法和/或其它药物获取辅助设备或方法。
技术和相关方法还可以用于其它药物或生物学应用，例如医学或生物医学应用。示例性医学应用可以包括但不限于涉及细胞疗法(例如，CAR-T)、核酸(DNA/RNA)、骨髓、血液或血液成分、基因疗法等的疗法或治疗。示例性生物医学应用可包括但不限于用于针对癌症和其它疾病的药物的生物药物研究，细胞和细菌冷冻(例如大肠杆菌和大肠杆菌感受态细胞、葡萄球菌等)。
适用于涉及本公开内容的化合物和组合物的应用的材料的非限制性实例包括哺乳动物细胞(人和非人)、组织、杂交瘤细胞、病毒、细菌、寄生虫、真菌等。其它合适的材料包括农业或其它植物、组织和细胞。
在一个实例中，本公开内容的分子和/或自组装孔被用于检测方法(例如，作为传感器)。检测方法包括在囊泡(例如脂质体或类似系统)的膜中形成分子和/或自组装孔，其中囊泡任选地封装刺激响应性分子(例如荧光染料)。不受任何特定理论的束缚，将目标分子(例如，分析物，分析物的非限制性实例包括碳水化合物、肽、染料和/或离子等)运输进入囊泡或运输出囊泡，其中目标分子与孔相互作用或与孔结合，其干扰离子通过孔的流动。通过封装的刺激响应性分子(例如，荧光染料)感测通过膜结合的孔的离子运输。通过封装的刺激响应性分子(例如，荧光染料)的荧光发射的变化来测量目标分子的局部浓度的变化。
使用本公开内容的化合物和/或组合物的方法包括：i)使囊泡(例如脂质体，细胞或类似的囊泡或分子系统)的膜与至少一种本公开内容的化合物和/或组合物接触，使得化合物和/或组合物在囊泡的膜中形成孔，其中囊泡任选地封装刺激响应性分子(例如荧光染料)；ii)使分析物(例如，包含分析物，例如碳水化合物、肽、染料和/或离子的溶液)与囊泡接触，使得分析物与孔相互作用(例如结合)；和iii)测量封装的刺激响应性分子的荧光发射的变化。
本公开内容的化合物和/或组合物可用于介导质子运输(例如，用于检测样品中质子的存在或不存在或浓度)。例如，将有效量的改变溶液的pH的酸或碱(例如，NaOH)添加到包含溶剂和封装pH敏感分子(例如，染料，例如HPTS)或药物(例如亲水性药物，例如5-FdU)的囊泡以形成混合物，并且将一定量的包含溶剂(例如DMSO或DMF)和毫摩尔浓度(例如0.1mM)的化合物和/或组合物的第二溶液添加到混合物中。通过封装的染料的荧光发射强度随时间的变化来测量质子运输。
在一方面，本公开内容的化合物和/或组合物可以用于分子级色谱法。
在一个实例中，本公开内容的跨膜孔可用于选择性地运输或递送目标分子(例如，碳水化合物、肽、冷冻保护剂(CPA)、染料和/或离子)进入和/或出具有膜的囊泡(例如脂质体和/或细胞或类似系统)。
在多个实例中，方法中使用的目标分子是冷冻保护剂(CPA)。在基于冷冻保护的生物保存中，技术的应用可包括但不限于以下的保存：细胞，例如大肠杆菌(E.coli)和大肠杆菌感受态细胞、葡萄球菌(Staphylococcus)等、哺乳动物细胞、杂交瘤细胞、病毒、组织、寄生虫和真菌；植物组织、种子、标本、食物、水果和蔬菜等；动物组织、标本；器官；肉(食品)等；以及人体器官，标本、血液、干细胞等。
示例性的低温保存的应用可涉及将CPA递送至人、非人动物、植物等的细胞、组织和器官。对于人，示例性的低温保存应用可包括但不限于将CPA递送至人类的活体器官、非活体器官、样本、血液(例如干细胞)等。对于非人动物，示例性的低温保存的应用可以包括但不限于非人动物食品、标本、器官等的组织冷冻。对于植物，示例性的低温保存的应用可以包括但不限于植物组织、种子、标本、食物、水果和蔬菜等。
预期该化合物和/或组合物通过促进将CPA运输进入细胞来防止冰形成。预期该化合物和/或组合物将形成单分子或自组装的跨膜孔，其可充当分子通道，以促进目标分子(例如，低温保存期间的CPA)的安全和有效的细胞内递送和去除。预期这些合理设计的合成跨膜孔用作选择性跨膜通道，以运输目标分子。例如，预期这些合理设计的单分子和/或自组装跨膜孔用作热响应性跨膜通道，以在≤3℃的温度下运输CPA，在该温度下蛋白质通道通常发生故障。在升高的温度(例如37℃)下这种跨膜通道的破坏将防止非选择性孔对生长细胞的有害影响。结果，可以显著减少达到无冰低温保存温度的细胞的CPA暴露时间。通过减少细胞内冰的形成以及还通过在细胞恢复正常生长的温度下去除非选择性开放通道，保存后的细胞产量和活力将大幅提高。
预期本公开内容的化合物和/或组合物将促进目标分子(例如，CPA)的细胞内递送和跨膜平衡。预期包含本公开内容的一种或多种化合物和/或组合物的尺寸和功能可调的温度响应性的合成跨膜孔将用作高效分子通道，其在低于零的温度下保持开放以有效递送目标分子(例如，CPA)穿过细胞膜。在目标分子是CPA的情况下，这将使CPA暴露时间和冷冻过程中的装载温度/卸载温度显著降低。这种温度响应性特征或其它工程化的环境敏感性刺激将使合成的纳米孔在等于或高于生理温度时可以封闭，其提供了对膜完整性的最小干扰和低毒性。当使用“液相线追踪”或逐步方法将CPA加载到组织中(其中在逐渐降低的温度下将浓度增加的CPA溶液加载到组织/器官中)时，预期这种方法是有效的。
冷冻保护剂(CPA)是通过防止冰晶成核和生长来改善低温保存的从细胞到大和复杂的组织/器官的生物系统的融化后活力的添加剂。膜可渗透的CPA还可以通过跨细胞膜的渗透和平衡来防止细胞的渗透性收缩并减少可用水量。所有已知的CPA在有效浓度下表现出多种水平的细胞毒性，可通过降低CPA加载温度和暴露时间来降低这种毒性。但是，大多数CPA在低于零的温度下有效地成为不可渗透的。
在一个实例中，将本公开内容的一种或多种化合物和/或一种或多种组合物(其可以形成包含本公开内容的一个或多个螺旋折叠体的合成纳米孔)或本公开内容的组合物递送(例如施用)到靶系统(例如，哺乳动物器官或组织以及哺乳动物和非人哺乳动物)中。施用方法是本领域已知的，并且本文描述了其非限制性实例。
在一个实例中，在生理温度(例如37℃)下将本公开内容的一种或多种化合物和/或一种或多种组合物(其可以形成包含本公开内容的一种或多种大环化合物的合成纳米孔)递送至靶系统(例如器官或组织(例如哺乳动物器官或组织))，然后在低温(例如<4℃)下进行CPA加载。在冷却过程中，可以维持CPA通过纳米孔的高流入速率，这是跨细胞膜的浓度梯度的函数，从而减少了达到玻璃化浓度所需的时间。重新加热后，由于在高温下的增加的不稳定性，纳米孔，特别是自组装孔将被封闭。因此，在等于或高于生理的温度下，纳米孔将被密封，并且将从系统中扩散出去，从而导致低毒性。合成纳米孔的这种使用可以通过(1)减少CPA暴露时间和(2)能够在较低温度下进行快速CPA加载来显著降低在冷却和重新加热过程中由CPA和盐引起的渗透收缩导致的毒性和细胞损伤。
此外，通过修改螺旋折叠体的内腔，具有各种尺寸和性质的通用功能有机纳米管允许选择性CPA运输，同时防止离子交换。引入功能性超分子组装体以增强CPA的膜通透性可能对长期冷冻保存大型/复杂组织/器官带来革命性的解决方案，从而有可能实现“按需器官”。
本公开内容的化合物和/或组合物可以以药物组合物提供，以用于通过将其与任何合适的药学上可接受的载体、赋形剂、稳定剂或其组合的组合来施用。药学上可接受的载体、赋形剂和稳定剂的实例可以在Remington:The Science and Practice of Pharmacy(2005)21stEdition,Philadelphia,PA.Lippincott Williams&Wilkins中找到。例如，合适的载体包括在使用的剂量和浓度下对接受者无毒的赋形剂和稳定剂，并包括缓冲剂，例如乙酸、Tris、磷酸、柠檬酸和其它有机酸；抗氧化剂，包括抗坏血酸和甲硫氨酸；防腐剂，例如氯化十八烷基二甲基苄基铵；氯化己烷双胺；苯扎氯铵、苯索氯铵；苯酚、丁醇或苯甲醇；对羟基苯甲酸烷基酯，例如对羟基苯甲酸甲酯或对羟基苯甲酸丙酯；儿茶酚；间苯二酚；环己醇；3-戊醇；和间甲酚；氨基酸，例如甘氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、组氨酸、精氨酸或赖氨酸；单糖、二糖和其它碳水化合物，包括葡萄糖、甘露糖或糊精；螯合剂，例如EDTA；张力调节剂(tonicifier)，例如海藻糖和氯化钠；糖，例如蔗糖、甘露醇、海藻糖或山梨糖醇；表面活性剂，例如聚山梨酸酯；形成盐的抗衡离子，例如钠；和/或非离子表面活性剂，例如吐温(Tween)或聚乙二醇(PEG)。药物组合物可以包含其它治疗剂。本发明的组合物可以以单剂量或以多剂量提供，覆盖整个或部分治疗方案。组合物可以以液体、固体、半固体、凝胶、雾化、汽化或可以将其递送至个体的任何其它形式提供。
包含本文所述的化合物和/或组合物的制剂的施用可以使用本领域已知的任何合适的施用途径进行。例如，包含本公开内容的化合物和/或组合物的制剂可以通过静脉内、肌内、腹膜内、脑脊髓内(intracerobrospinal)、皮下、关节内、滑膜内、口服、局部或吸入途径施用。组合物可以肠胃外或肠内施用。组合物可以作为单次施用或多次施用引入，或者可以在一段时间内以连续方式引入。例如，施用可以是预定次数的施用或每日、每周或每月施用，其可以是连续的或间歇的，如可以是临床上需要的和/或治疗上指示的。
在本文公开的多个实例中描述的方法的步骤足以执行本公开内容的方法。因此，在一个实例中，方法基本上由本文公开的方法的步骤的组合组成。在另一个实施例中，方法由这样的步骤组成。
在以下陈述中，描述了本公开内容的化合物、组合物以及使用化合物和组合物的方法的多种实例：
陈述1.一种化合物，包含通过至少一个酰胺基连接的多个芳香族取代基，
其中所述化合物具有弯曲骨架，这至少部分是由于分子内氢键使每个酰胺基与每个芳香族取代基的酰胺键刚性化，并且至少部分是由于芳香族取代基之间的相互作用，从而使弯曲骨架稳定，
其中所述组合物包含多个具有以下结构的芳香族取代基：
Figure BDA0002584576640000191
其中R和R’在每次出现时独立地选自由以下组成的组：直链烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)、支链烷基(例如，丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等的支链衍生物)和醚基和寡醚基团(例如，-(CH2)2OCH3、-(CH2)2OCH2CH3、-(CH2)2OCH2CH(CH3)2、-(CH2)2O(CH2)2CH(CH3)2、
Figure BDA0002584576640000192
等，其中星号表示立体碳(即具有立体化学R型或S型的碳)，n为1、2、3、4、5或6，并且R”’为直链或支链的烷基(例如，甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基、异戊基等)及其组合；
X为酰基(例如，乙酰基、三氟乙酰基、苯乙酰基、芴基甲氧基羰基等)；
Y为
i)-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHR”和-NHAr，或
ii)-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH3、-OC(CH3)3和OR”，
其中Ar为芳基，并且R”为直链或支链烷基(例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基等)；并且
n＝1至64，包括其间的所有整数和范围。
陈述2.根据陈述1所述的化合物，其中所述化合物的骨架折叠，使得形成螺旋(例如，左旋或右旋螺旋)(例如，在纵轴方向上纵向延伸)。
陈述3.根据陈述2所述的化合物，其中存在所述螺旋内部和外部，并且氢键在所述螺旋的外部。
陈述4.根据陈述2或3所述的化合物，其中所述螺旋每匝具有约6.5个残基。
陈述5.根据陈述2至4中任一项所述的化合物，其中所述螺旋每匝具有约
Figure BDA0002584576640000201
的螺距。
陈述6.根据陈述3至5中任一项所述的化合物，其中所述内部是平行于所述纵轴的中空管状腔。
陈述7.根据陈述3至6中任一项所述的化合物，其中所述内部的内径为3.5至
Figure BDA0002584576640000202
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000203
值和范围(例如7至
Figure BDA0002584576640000204
)。
陈述8.根据陈述2至7中任一项所述的化合物，其中所述化合物的长度(例如，沿纵轴的长度)为3.5至
Figure BDA0002584576640000205
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000206
值和范围。
陈述9.根据陈述3至8中任一项所述的化合物，其中所述内部(也称为内孔)是亲水的，并且所述外部是疏水的。
陈述10.一种螺旋组合物，包含相同的根据前述陈述中任一项所述的化合物的组装体或不同的根据前述陈述中任一项所述的化合物的混合物的组装体，其中相同的所述化合物中的每一个化合物或不同的所述化合物的混合物中的每一个化合物布置(即堆叠)在相邻化合物上(例如，每个化合物的纵轴同轴对齐)以形成圆柱形结构。
陈述11.根据陈述10所述的螺旋组合物，其中所述圆柱形结构具有外部和内部。
陈述12.根据陈述10或11所述的螺旋组合物，其中所述内部是连续的中空管状腔。
陈述13.根据陈述10至12中任一项所述的螺旋组合物，其中所述螺旋组合物的长度(例如，沿着纵轴的长度)为3.5至
Figure BDA0002584576640000207
陈述14.一种使用根据陈述1至9中任一项所述的化合物和/或根据陈述10至13中任一项所述的螺旋组合物的方法，包括形成跨膜孔。
陈述15.根据陈述14所述的方法，包括使根据陈述1至9中任一项所述的化合物和/或根据陈述10至13中任一项所述的螺旋组合物(例如，溶解在溶剂(例如但不限于DMSO)中的化合物和/或组合物)与具有膜(例如质(或细胞)膜)的囊泡接触，其中所述化合物和/或螺旋组合物在所述膜中形成孔。
陈述16.根据陈述14至15中任一项所述的方法，包括通过所述孔运输目标分子(例如，亲水性化合物和/或亲水性物质，例如碳水化合物、多元醇、质子、离子、染料、肽、CPA、药物、佐剂或前述任何一种的组合)。
陈述17.根据陈述14至16中任一项所述的方法，其中所述接触包括向个体(例如，需要治疗的个体)施用所述化合物和/或所述组合物。
陈述18.根据陈述17所述的方法，其中所述方法还包括向所述个体施用目标分子(例如，亲水性化合物和/或亲水性物质，例如碳水化合物，例如葡萄糖、蔗糖、海藻糖等；多元醇，例如山梨糖醇等；甘油；质子；离子；金属离子的螯合剂(例如，金属离子的亲水性螯合剂，例如Fe(II)和Fe(III)的亲水性螯合剂；染料；肽；CPA，例如抗冻肽，非天然抗冻低聚物，例如类肽，及其组合等；药物；佐剂；或前述任何一种的组合)。
陈述19.根据陈述14至18中任一项所述的方法，其中所述方法在体内、体外或离体进行。
陈述20.一种组合物，包含至少一个根据陈述1所述的化合物，其形成连续的中空管状结构以用于在膜中形成孔，其中所述孔在低温下是稳定的，但是在升高的温度下由于热运动而被破坏。
陈述21.根据陈述20所述的组合物，其中所述孔在1至40℃的温度下是稳定的，包括所有0.1℃值和范围(例如1至37℃)。
陈述22.根据陈述21或22所述的组合物，进一步包含多个相同或不同的化合物。
陈述23.根据陈述20至22中任一项所述的组合物，其中多个化合物自组装成超分子结构。
陈述24.根据陈述20至23中任一项所述的组合物，其中至少一个化合物是在纵轴方向上纵向延伸的螺旋。
陈述25.根据陈述20至24中任一项所述的组合物，其中所述螺旋是右旋或左旋的。
陈述26.根据陈述20至25中任一项所述的组合物，其中所述螺旋每匝具有约6.5个残基。
陈述27.根据陈述20至26中任一项所述的组合物，其中所述螺旋每匝具有约
Figure BDA0002584576640000215
的螺距。
陈述28.根据陈述20至27中任一项所述的组合物，其中该组合物沿纵轴的长度为3.5至
Figure BDA0002584576640000214
包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000213
值和范围。
陈述29.根据陈述20至28中任一项所述的组合物，其中所述管状结构具有内部和外部。
陈述30.根据陈述20至29中任一项所述的组合物，其中所述内部是亲水的。
陈述31.根据陈述20至30中任一项所述的组合物，其中所述内部是平行于纵轴的中空管状腔。
陈述32.根据陈述20至31中任一项所述的组合物，其中所述内部的内径为3.5至15，包括其间的所有
Figure BDA0002584576640000211
值和范围(例如7至
Figure BDA0002584576640000212
)。
陈述33.根据陈述20至32中任一项所述的组合物，其中所述螺旋的外部具有一个或多个氢键。
提出以下实例以说明本公开内容。它们无意于在任何情况下进行限制。
实例1
该实例提供了对于本公开内容的低聚酰胺折叠体和聚集的折叠体、其制备方法及其表征的描述。
材料-发现骨架酰胺键被高度有利的分子内氢键限制(或刚性化)的芳香族低聚酰胺会折叠成含孔的螺旋构象，该构象在从非极性到极性溶剂(包括水性介质)的多种溶剂中是稳定的。该技术涉及由(1)苯(B系列)、(2)萘(N系列)和(3)苯和萘(BN系列)残基组成的三类芳香族低聚酰胺(图1)，它们基于相同的骨架刚性化折叠机制折叠成具有不同直径的亲水性内孔的构象。
三个低聚酰胺系列以相同的方式折叠，其中螺旋每匝具有～6.5个残基和
Figure BDA0002584576640000221
的螺距。由于其骨架的曲率不同，每个系列的螺旋具有不同直径的内孔。B系列螺旋的内孔直径为
Figure BDA0002584576640000222
Figure BDA0002584576640000223
N系列的为
Figure BDA0002584576640000224
而BN系列的为
Figure BDA0002584576640000225
由于存在许多螺旋排列的酰胺氧原子，内孔具有手性和亲水性。
图2显示了B系列低聚酰胺的8聚体、16聚体、32聚体和64聚体的能量最小的折叠结构。这些螺旋中每一个的长度由相应的低聚物的链长(即残基数目)限定。N和BN系列的每个低聚物在其链长(即单体残基的数目)与折叠螺旋结构的长度之间遵循与图2所示的B系列相同的可预测相关性。
性质和功能-由螺旋形成的跨膜孔可以是自组装孔，即需要多个分子在彼此顶部堆叠以跨越膜的孔；或者其可以是分子孔，即具有足够长度
Figure BDA0002584576640000226
的一个单螺旋能够跨越通常具有36至
Figure BDA0002584576640000227
厚度的脂质双层。在B系列(以及类似的N和BN系列)低聚酰胺的螺旋中，需要约8个8聚体、4个16聚体、2个32聚体和1个64聚体形成跨膜孔。因此，只有64聚体能够充当单分子孔。由于熵的原因，预计来自8聚体、16聚体到32聚体的自组装孔将变得越来越稳定，但与64聚体的单分子孔相比，其稳定性仍较差。与自组装孔的形成相关的熵成本和更多的动力学性质意味着这样的自组装孔(尤其是由8聚体形成的那些)将表现出对温度变化的更高敏感性。其在低温下会更稳定，并且随着温度的升高会更频繁地被破坏。这提供了对相应的自组装孔的打开和关闭状态进行热控制的手段。
具有不同尺寸的氧装饰的亲水内部，这三类中空折叠体充当将阳离子和亲水分子(例如各种糖)运输穿过脂质双层(细胞膜)的孔。尽管这些亲水性孔的直径足够大以允许基本上所有尺寸的阳离子通过，但是三类孔的不同直径将适合于运输不同分子。B系列孔的直径允许具有3-5个碳的糖和直链糖醇通过。BN系列孔的直径为
Figure BDA0002584576640000228
并且应能够运输单糖，例如葡萄糖、果糖、甘露糖，和许多非支链的二糖和寡糖。N系列螺旋提供
Figure BDA0002584576640000231
的内孔，并且应允许蔗糖、海藻糖和具有更大横截面寡糖通过。这些基于折叠体的跨膜孔因此可以促进各种尺寸范围的生物学上重要的膜不可渗透的分子的跨膜运输。
方法-芳香族低聚酰胺的合成。合成B系列低聚酰胺的一般程序如图3所示。相同的合成步骤同样适用于N和BN系列低聚酰胺的制备。
单体酰氯和胺的偶联得到二聚体(2mer)，其被还原为二聚体胺(2mer-NH2)。用Cbz基团(以及类似地用Fmoc或TFA基团)保护2mer-NH2，然后除去叔丁基，得到二聚酸(Cbz-二聚酸)。将二聚酸与二聚胺与HBTU在DMF中于80摄氏度偶联，得到四聚体(4mer)，然后将其转化为4聚酸和4聚胺。重复相同的偶联步骤，得到八聚体(8mer)，然后是16聚体、32聚体和64聚体。这种长度加倍的合成策略可以快速地以可控制的偶联步骤数目合成长低聚酰胺。
由B系列低聚酰胺折叠体介导的跨膜质子运输。用基于囊泡的测定法评估了B系列8聚体、16聚体、32聚体和64聚体介导质子跨脂质双层运输的能力。向具有在pH 7.4下封装的HPTS(pH敏感的荧光染料)的大单层囊泡(LUV)溶液中，添加1N NaOH的等分试样，这增加了囊泡外部的pH值，从而跨越脂质双层形成质子梯度。将溶解在DMSO中的一种低聚酰胺溶液(0.1mM)的等分试样添加到LUV溶液中，使其终浓度为0.5μM，并按时间进程追踪所封装HPTS的荧光发射。所封装HPTS的发射强度增加表明质子运输出LUV。最后，添加洗涤剂Triton X-100，以使所有囊泡破裂(rapture)，从而将TPTS释放到本体溶液中。结果如图4所示。
如所预期的，所有低聚物在质子运输中均表现出明显至显著的活性。最长的64聚体应形成单分子跨膜孔，其显示出最高的活性。质子运输活性可以与低聚酰胺的长度直接相关，较长的则表现出更高的活性。运输其它阳离子和小的亲水性分子(例如甘油醛、甘油、其它线性糖醇如山梨糖醇、木糖醇等)的相似趋势也可以通过B系列低聚酰胺折叠体的孔并跨脂质双层运输。
实例2
该实例提供了对N系列合成的描述。
以下是在以下方案中显示的具有甲基的N系列单体的合成的实例：
Figure BDA0002584576640000241
尽管已经针对一个或多个特定实施例和/或实例描述了本公开内容，但是将理解，在不脱离本公开内容的范围的情况下，可以做出本公开内容的其它实施例和/或实例。

Claims (39)

1.一种化合物，具有以下结构：
Figure FDA0002584576630000011
其中R和R’在每次出现时独立地选自直链烷基、支链烷基、醚基和寡醚基团；
X为酰基；
Y为：
i)-NHCH3、-NHCH2CH3、-NHR”和-NHAr；或
ii)-OCH3、-OCH2CH3、-OCH2CH3、-OC(CH3)3和–OR”，
其中Ar为芳基，并且R”为直链或支链烷基；并且
n＝1至64。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中R和R’在每次出现时独立地选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基和异戊基。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中R和R’在每次出现时独立地选自
Figure FDA0002584576630000012
Figure FDA0002584576630000013
其中星号表示立体化学R型或S型，n为1、2、3、4、5或6，并且R”’选自甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、新戊基和异戊基。
4.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物的骨架折叠，使得形成在纵轴方向上纵向延伸的螺旋，其中所述螺旋具有左旋或右旋取向。
5.根据权利要求4所述的化合物，其中所述螺旋每匝具有约6.5个残基。
6.根据权利要求4所述的化合物，其中所述螺旋每匝具有约
Figure FDA0002584576630000014
的螺距。
7.根据权利要求4所述的化合物，其中所述螺旋具有内部和外部。
8.根据权利要求7所述的化合物，其中所述内部是平行于所述纵轴的中空管状腔。
9.根据权利要求7所述的化合物，其中所述内部的内径为7至
Figure FDA0002584576630000015
10.根据权利要求1所述的化合物，其中所述化合物沿着纵轴的长度为3.5至
Figure FDA0002584576630000016
11.根据权利要求7所述的化合物，其中所述内部是亲水的。
12.一种螺旋组合物，包含相同的根据权利要求1所述的化合物的组装体或不同的根据权利要求1所述的化合物的混合物的组装体，其中相同的所述化合物的每一个或不同的所述化合物的混合物中的每一个布置在相邻化合物上以形成圆柱形结构，使得每个化合物的纵轴同轴对齐，其中所述圆柱形结构具有外部和内部。
13.根据权利要求12所述的螺旋组合物，其中所述内部是连续的中空管状腔。
14.根据权利要求12所述的螺旋组合物，其中所述螺旋组合物沿着纵轴的长度为3.5至
Figure FDA0002584576630000021
15.一种使用根据权利要求1所述的化合物和/或根据权利要求11所述的螺旋组合物的方法，包括使根据权利要求1所述的化合物和/或根据权利要求11所述的螺旋组合物与具有膜的囊泡接触，其中所述化合物和/或所述螺旋组合物在所述膜中形成孔。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述膜是质膜或细胞膜。
17.根据权利要求15所述的方法，还包括通过所述孔运输目标分子。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述接触包括向需要治疗的个体施用所述化合物和/或所述组合物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述方法还包括向需要治疗的个体施用目标分子。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述目标分子是亲水性化合物和/或亲水性物质。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述亲水性化合物和/或所述亲水性物质为碳水化合物、多元醇或其组合。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述碳水化合物选自葡萄糖、蔗糖、海藻糖、甘油和山梨糖醇。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述亲水性化合物和/或所述亲水性物质选自质子、离子、染料、肽、CPA、药物、佐剂、金属离子的亲水性螯合剂及其组合。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述CPA是抗冻肽、非天然抗冻低聚物或其组合。
25.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法在体内、体外或离体进行。
26.一种组合物，包含至少一个形成连续的中空管状结构以用于在膜中形成孔的化合物，其中所述孔在低温下是稳定的，但是在升高的温度下由于热运动而被破坏。
27.根据权利要求26所述的组合物，其中所述孔在1至37℃的温度下是稳定的。
28.根据权利要求26所述的组合物，进一步包含多个相同或不同的化合物。
29.根据权利要求28所述的组合物，其中多个化合物自组装成超分子结构，其中每个化合物布置在相邻化合物上以形成圆柱形结构，使得每个化合物的纵轴同轴对齐，其中所述圆柱形结构具有外部和内部。
30.根据权利要求26所述的组合物，其中所述至少一个化合物是在纵轴方向上纵向延伸的螺旋。
31.根据权利要求30所述的组合物，其中所述螺旋是右旋或左旋的。
32.根据权利要求30所述的组合物，其中所述螺旋每匝具有约6.5个残基。
33.根据权利要求30所述的组合物，其中所述螺旋每匝具有约
Figure FDA0002584576630000031
的螺距。
34.根据权利要求30所述的组合物，其中所述组合物沿纵轴的长度为3.5至
Figure FDA0002584576630000032
35.根据权利要求30所述的组合物，其中所述管状结构具有内部和外部。
36.根据权利要求35所述的组合物，其中所述内部是亲水的。
37.根据权利要求35所述的组合物，其中所述内部是平行于所述纵轴的中空管状腔。
38.根据权利要求35所述的组合物，其中所述内部的内径为7至
Figure FDA0002584576630000033
39.根据权利要求35所述的组合物，其中所述螺旋的外部具有一个或多个氢键。
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