Nature子刊：细胞构建生物医用活性复合聚合物

时间：2021-06-11 00:00:00 来源：网络整理

杜克大学生物医学工程师已经证明，一类被称为半互穿聚合物网络（SIpNs）的交织复合材料可以由活细胞产生。这项研究发表在6月8日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。sIpNs的概念已经有100多年的历史，并已用于汽车零部件，医疗器械、模塑料和工程塑料。一般的想法是一个或多个聚合物组装在另一个聚合物支架周围，以使它们成为互锁的。即使聚合物没有化学键合，它们不能被分离出来，形成一种新的材料，其性能超过其组成部分的简单总和。

制造sipn的传统方法通常涉及生产称为单体的组成部分，并在适当的化学条件下将它们混合在一起，以控制它们在一个过程中组装成大网络杜克大学生物医学工程教授游凌冲说：“当它工作时，它是一个奇妙的平台，可以将不同的功能整合到自组装层中，用于生物医学或环境应用。”但这个过程往往不像你想要的那样具有生物相容性。所以我们想，为什么不用活细胞来合成第二层，使其尽可能具有生物相容性呢？“

在这篇新论文中，你实验室的前博士后，现在是深圳合成生物学研究所的副教授，利用实验室多年来开发的一个称为“swarmbots”的平台来实现这一目的。

swarmbots是活细胞，通过编程在细胞壁内产生生物分子，一旦细胞达到一定密度，就会爆炸。在这种情况下，它们被编程产生一种叫做弹性蛋白样多肽（ELps）的单体，这种单体融合了SpyTag和SpyCatcher的功能特性。这两种分子结构形成了一个锁匙系统，使得elp在混合时能够自组装成一个聚合物链。当它们生长时，这些聚合物与包含细胞的聚合物微胶囊缠结形成sIpNs。

每个单体可以包含多个SpyTags或SpyCatchers，还可以融合到产生读数或具有特定功能的蛋白质上。这有点像是用许多有空间放扣子和饰物的小饰物手镯做了一道铁丝网栅栏。

研究人员首先对细胞进行编程，用一种荧光蛋白填充这一辅助功能，以证明这个系统可以将它们锁定在适当的位置。在那次成功的演示之后，他们把注意力转向用他们的新发明来设计一个有用的药物递送系统。

“你可以用任何你想要的功能来代替荧光标记，”你说我们决定接触抗生素，因为它是我们实验室的另一个重点之一。“β-内酰胺类抗生素，如青霉素及其衍生物，是世界上最常用的一些抗生素。它们也经常被过度使用，并可能产生负面影响，如破坏我们肠道内的自然微生物组。

为了证明他们新的细胞构建的sIpNs的一种有用方法，研究人员用β-内酰胺酶填充辅助部位，这种酶可以降解β-内酰胺类抗生素。通过将新功能化的sIpNs注射到小鼠体内，研究人员发现该平台可以缓慢释放原本寿命很短的保护分子，帮助小鼠肠道微生物群抵御抗生素的负面副作用。

“以前没有人将活细胞作为工厂来实时生产sIpNs的单体，“你说的。”原理证明表明，我们不仅可以用活细胞制备出这些功能材料，而且可以显示出与医学相关的功能

Journal Reference:

Zhuojun Dai, Xiaoyu Yang, Feilun Wu, Lihua Wang, Kun Xiang, pengcheng Li, Qingqing Lv, Jinhui Tang, Anders Dohlman, Lei Dai, Xiling Shen, Lingchong You. Living fabrication of functional semi-interpenetrating polymeric materials. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-23812-7

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