浙江大學(xué)顧臻教授、南開大學(xué)高潔研究員《Chem. Soc. Rev.》封面論文: 生物材料的體內(nèi)合成策略

2023-12-21 來(lái)源：高分子科技

關(guān)鍵詞：生物材料體內(nèi)合成非共價(jià)化學(xué)合成共價(jià)化學(xué)合成基因改造

自然界中，生物大分子的合成和組裝為生物有機(jī)體的生命活動(dòng)提供了基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。而對(duì)生物大分子組裝和作用機(jī)制的研究，也啟發(fā)著科學(xué)家在生命有機(jī)體中“自上而下”地構(gòu)建功能性的生物材料。近年來(lái)，隨著可控化學(xué)工具的應(yīng)用，體內(nèi)合成材料的研究受到了極大地興趣，并在細(xì)胞命運(yùn)調(diào)控，組織工程，生物分析，疾病診療等方面取得了諸多進(jìn)展。通過(guò)利用生物體內(nèi)的酶、微環(huán)境以及可控的化學(xué)反應(yīng)，研究人員在多種生命體，例如：活細(xì)胞、細(xì)菌、酵母、植物、動(dòng)物體內(nèi)原位合成了諸多類型的生物材料，包括超分子水凝膠，納米藥物、聚合物，MOFs以及無(wú)機(jī)材料等。

近期，浙江大學(xué)顧臻教授與南開大學(xué)高潔研究員在Chem. Soc. Rev.發(fā)文，對(duì)生物材料體內(nèi)合成所涉及的合成策略進(jìn)行分類與總結(jié), 以期為后續(xù)的研究與開發(fā)提供思路。在文中，作者將所涉及的策略大體分為三類：非共價(jià)化學(xué)合成，共價(jià)化學(xué)合成以及基于基因改造的生物合成策略。

生物材料體內(nèi)合成的概念示意圖

首先，作者溯源了非共價(jià)合成，尤其是酶法非共價(jià)合成的發(fā)展。作者介紹了諸多酶促合成水凝膠的經(jīng)典案例，其中包括2004年提出的酶促合成水凝膠材料及2007年提出的細(xì)胞內(nèi)酶促水凝膠合成等。此外，本文作者還對(duì)近年來(lái)酶法非共價(jià)合成在亞細(xì)胞靶向遞送、腫瘤診療、細(xì)胞調(diào)控以及誘導(dǎo)細(xì)胞成三維球體等方面的應(yīng)用進(jìn)行全面的介紹。除酶法非共價(jià)合成以外，作者還概述了主客體分子細(xì)胞內(nèi)組裝、靶向生物礦化等非共價(jià)因素在活細(xì)胞以及動(dòng)物模型調(diào)控生物材料原位形成的諸多案例。非共價(jià)作用力作為超分子化學(xué)的主要研究對(duì)范疇，在超分子材料的開發(fā)以及調(diào)控提供了有利的驅(qū)動(dòng)力，并促進(jìn)人們對(duì)于可控自組裝體系的深入認(rèn)識(shí)。

體外（發(fā)表于2004年）、細(xì)胞內(nèi)（發(fā)表于2007年）酶促合成超分子水凝膠經(jīng)典案例

文章第二部分，作者對(duì)生物相容的化學(xué)聚合反應(yīng)、細(xì)胞氧化微環(huán)境及酶調(diào)控的聚合反應(yīng)、生物交聯(lián)、偶聯(lián)、以及配位進(jìn)行了介紹。生物體內(nèi)的聚合反應(yīng)，不僅能夠以生物體為模板合成高親和力的聚合物，并且能夠原位調(diào)控細(xì)胞的功能并應(yīng)用于細(xì)胞的工程化研究中。此外，近年來(lái)逐漸涌現(xiàn)出的酶法聚合反應(yīng)以及氧化微環(huán)境聚合無(wú)疑為這一領(lǐng)域提供了新穎的、更具生物相容性的思路。

生物相容性的體內(nèi)聚合反應(yīng)概述

此外，基于基因調(diào)控的生物合成策略也在生物材料體內(nèi)合成也逐漸表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。例如，通過(guò)基因策略，聚合反應(yīng)能夠發(fā)生在復(fù)雜有機(jī)體中，例如神經(jīng)元表面，并起到功能調(diào)控的作用。在蛋白質(zhì)、siRNA等大分子的原位合成中，基于基因調(diào)控的策略也具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如可以將生物體內(nèi)的功能細(xì)胞、器官改造成為生物的反應(yīng)器，從而形成體內(nèi)自組裝的遞送體系。

基于基因調(diào)控的策略用于神經(jīng)元上的聚合物合成案例

該綜述從體內(nèi)生物材料合成的策略著手，并引用諸多具有代表性的案例對(duì)具體的構(gòu)建方法進(jìn)行了討論。此外，本文也分別對(duì)不同的策略具有的優(yōu)劣特征進(jìn)行詳細(xì)分析，為生物材料體內(nèi)合成提供了設(shè)計(jì)及優(yōu)化策略。相關(guān)論文以題為“Synthesizing biomaterials in living organisms”發(fā)表在最新一期的Chemical Society Review上，并選為當(dāng)期的outside front cover。論文的通訊作者為浙江大學(xué)顧臻教授和南開大學(xué)高潔研究員。

參考文獻(xiàn)：https://doi.org/10.1039/D2CS00999D

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（責(zé)任編輯：xu）

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