研究背景：

在现代药物研发中，如何有效克服游离药物在溶解性、稳定性及体内代谢方面的局限性，是推动精准治疗的重要课题。聚合物基纳米药物递送系统（Polymer-based Nanocarriers）因其优异的可设计性与生物相容性，成为实现高效、可控药物释放的重要途径。然而，传统的体系开发仍主要依赖反复的实验筛选与经验积累，过程耗时且成本高昂。随着计算科学与人工智能的迅速发展，分子模拟（Molecular Simulation）与机器学习（Machine Learning, ML）正逐步成为推动药物递送体系创新设计的关键工具。它们为实验研究提供了“虚拟显微镜”，能够在原子和分子层面揭示结构、动力学与功能之间的内在联系。

近日，我中心高萍博士、李金宇教授团队，联合法国巴黎萨克雷大学（Université Paris-Saclay）Julien Nicolas 教授与 Tâp Ha-Duong 教授，在 Advanced Healthcare Materials 期刊上发表综述论文“Molecular Simulations of Polymer-based Drug Nanocarriers: From Physical and Structural Properties to Controlled Release”。该综述系统总结了分子模拟在聚合物药物递送体系中的最新进展，全面介绍了包括全原子分子动力学（AA MD）、粗粒化分子动力学（CG MD）、耗散粒子动力学（DPD）、蒙特卡洛模拟（MC）以及增强采样分子动力学（Enhanced MD）等多种方法（见图1）。研究团队梳理了这些计算手段在揭示聚合物单链折叠、自组装行为、载药纳米结构形成与跨膜传输机制等方面的代表性成果，探讨了如何通过合理选择模拟尺度与建模策略，更好地服务于实验设计与机理解析。

图1 不同聚合物体系的分子建模方法的空间和时间尺度。绿色椭圆表示特定建模方法最适用的特征区域。

文章亮点：

该综述特别强调了分子模拟在揭示外界刺激（如温度、pH 或酶作用）如何调控聚合物纳米载体结构与药物释放行为中的独特作用。以 pH 响应体系为例，分子模拟能够捕捉到微小的 pH 变化如何改变聚合物中 pH 敏感基团的质子化状态与电荷分布，进而引发纳米颗粒超分子结构的动态不稳定性。这些结果不仅揭示了 pH 触发的聚合物相变行为和药物释放机制，也为理解 pH 响应键在聚合物–药物偶联物中的断裂特征以及药物穿膜过程中的关键调控因素提供了分子层面的见解（见图2）。更重要的是，结合机器学习技术，分子模拟正在从“解释工具”转变为“预测引擎”——通过数据驱动与实验反馈的结合，有望实现从分子设计到药物释放性能的精准预测与优化，为个性化药物递送体系的理性设计开辟新思路。

图2 分子模拟应用于pH响应聚合物载药体系的代表性研究

该论文第一作者为福州大学李金宇教授团队高萍博士，第二作者为硕士研究生江鑫，通讯作者为法国巴黎萨克雷大学的 Julien Nicolas 教授和 Tâp Ha-Duong 教授。文章详见：P. Gao, X. Jiang, J. Li, J. Nicolas, and T. Ha-Duong, Molecular Simulations of Polymer-based Drug Nanocarriers: From Physical and Structural Properties to Controlled Release. Adv. Healthcare Mater. (2025): e03503. https://doi.org/10.1002/adhm.202503503

作者简介：

高萍

福州大学化学学院青年教师、硕士生导师，主要从事聚合物材料、无机纳米材料-药物递送体系研究，及凝聚态/相分离等分子模拟技术研究。目前以第一/共同作者及通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Healthcare Mater.、J. Mater. Chem. C等刊物上发表SCI论文10余篇，主持国家自然科学基金青年科学基金项目等。

李金宇

福州大学化学学院教授、博士生导师、福建省闽江学者特聘教授，主要从事蛋白质计算化学生物学方法开发与靶向干预工具发现。以通讯作者在Nat. Chem. Biol.、Nat. Commun.、J. Med. Chem.等期刊上发表SCI论文50余篇，获授权发明专利3项、软件著作权3项。主持国家自然科学基金项目3项，入选中组部专业人才服务东北项目。

课题组常年招收计算化学、化学生物学、药物设计、生物物理等方向的博士后、博士生和硕士生，欢迎具有相应专业背景的优秀学生联系我们，课题组链接：https://www.x-mol.com/groups/li_614