[发明专利]生物分子-聚合物缀合物的高通量合成

说明书

本文提供了用于同时合成和筛选多个生物分子‑引发剂缀合物和生物分子‑聚合物缀合物的方法和系统。还公开了从反应混合物除去氧气的方法和纯化生物分子缀合物的方法。

交叉引用

本申请要求于2017年6月9日提交的美国临时申请号62/517,570的权益，其通过引用以其全文并入本文。

发明背景

近年来，研究人员试图利用蛋白质的独特性质，特别是生物识别和结构特异性，来用于新的应用。天然蛋白可能能够执行广泛的功能，但由于缺乏化学或热稳定性或者在最佳条件之外活性降低，其应用可能受到限制。研究集中在通过蛋白质-聚合物缀合物的合成来生成更稳定的蛋白质的方法上。例如，相对于未修饰的蛋白质，PEG化的蛋白质可以表现出改善的水溶性。蛋白质的修饰可以增强其功能性。聚合物缀合可以为在诸如工业催化和治疗学等领域中使用某些蛋白质开辟扩展的可能性。

发明内容

因此，迫切需要快速合成和筛选具有增强的性质的新的生物分子-聚合物缀合物，以用于工业催化和治疗学。本公开内容通过用于生物分子-聚合物缀合物的合成、筛选和优化的高通量系统满足了本领域的这一需求。该系统允许快速且自动化地筛选生物分子-聚合物缀合物。

迄今为止，仅有低通量合成和表征方法被应用于生物分子-聚合物缀合物的制备，从而将开发限制于每种蛋白质只有几种类型的聚合物修饰，并且依靠随机猜测来选择测试的变体。本公开内容利用了组合式且高通量的生物缀合物系统，该生物缀合物系统允许在一周内快速地筛选大量的变体(例如，大约10,000种/周)。传统的方法需要数位科学家历经一年或更长的时间来创造和分析如此大量的生物缀合物。因此，本公开内容的方法的主要益处之一是能够生成具有不同聚合物覆盖密度、聚合物类型、尺寸、组成和架构的生物分子-聚合物缀合物的大库，并且能够使该库的成员与生物分子性能匹配以便鉴别何种聚合物修饰影响各种生物分子性质。另外，以迭代的方式应用本发明方法提供了将发现的性质合并(例如，生成温度和pH稳定的生物缀合物)以获得对于所选应用的最佳性能的机会。本发明方法的应用允许发展对聚合物与生物分子之间的结构-性质关系的更彻底理解，从而开发新的和性能更好的生物分子-聚合物缀合物。

在某些方面，本公开内容提供了同时合成多个生物分子-引发剂缀合物的方法。所述方法可以包括(a)向多个反应室中的每个反应室提供生物分子和可控自由基聚合引发剂，其中为每个反应室独立地选择所述生物分子的身份、所述生物分子的浓度、所述可控自由基聚合引发剂的身份和所述可控自由基聚合引发剂的浓度；以及(b)将所述多个反应室维持在适合于形成多个生物分子-引发剂缀合物的条件下。所述方法还可以包括同时纯化每个生物分子-引发剂缀合物，以及任选地，在纯化前或纯化后，评价所述多个生物分子-引发剂缀合物中的每个缀合物的一个或多个性质。任选地，所述方法还可以包括在所述多个反应室中的至少一个所述反应室中将所述生物分子与所述可控自由基聚合引发剂混合，从而形成均匀混合物。所述生物分子可以是肽或蛋白质，如酶或抗体。在一些实施方案中，每个反应室包含相同的生物分子。

在实施任何本发明方法中，所述可控自由基聚合引发剂可以包括活化酯、卤代烷或链转移剂。任选地，所述可控自由基聚合引发剂是式(I)化合物：

其中X是卤素或链转移剂；R¹是氢或烷基；R²是活性酯部分；并且n是从1至6的整数。对于式(I)化合物，X可以是Cl、Br或F。任选地，所述可控自由基聚合引发剂是式(II)化合物：