2021年6月11日
杜克大学的生物医学工程师已经证明了一种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。亚博网站下载这种方法可以使这些多用途材料在生物上更兼容生物医学应用，如延时药物输送系统。亚博网站下载
这项研究发表在6月8日的在线杂志上自然通讯．
sipn的概念已经有100多年的历史，并已被用于汽车零部件、医疗设备、模塑化合物和工程塑料。一般的想法是，一个或多个聚合物围绕另一个聚合物支架组装，使它们相互连接。即使这些聚合物没有化学键合，它们也不能被分开，形成一种性能大于各部分之和的新材料。
生产sipn的传统方法通常包括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，以控制它们的组装成大型网络，这一过程称为聚合。
“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。”杜克大学生物医学工程教授尤凌冲说。“但这个过程往往不像你想的那样具有生物兼容性。所以我们想，为什么不用活细胞来合成第二层，使它尽可能具有生物相容性——”
在这篇新论文中，前尤氏实验室博士后、现为深圳合成生物学研究所副教授的戴卓军(音译)使用了该实验室多年来开发的一个名为“群体机器人”的平台来实现这一目标。
蜂群机器人是活细胞，它们被编程在细胞壁内制造生物分子，一旦数量达到一定密度就会爆炸。在这种情况下，它们被编程来生产被称为类弹性蛋白多肽(ELPs)的单体，与被称为SpyTag和SpyCatcher的功能特性融合在一起。这两种分子结构形成了一个锁钥系统，使elp在混合时能够自我组装成聚合物链。随着它们的生长，这些聚合物会与含有细胞的聚合物微胶囊纠缠在一起，形成sipn。
每个单体可以包含多个SpyTags或spycatcher，也可以与产生读数或具有特定功能的蛋白质融合。这有点像用许多小符咒手镯做一个铁链栅栏，有足够的空间放扣子和符咒。
研究人员首先对细胞进行编程，使其充满荧光蛋白，以证明该系统可以将它们锁定在合适的位置。在那次成功的演示之后，他们将注意力转向用他们的新发明设计一个有用的药物输送系统。
“你可以用任何你想要的功能来替代荧光标记，”你说。“我们决定接触抗生素，因为这是我们实验室的另一个重点。”
β -内酰胺类抗生素，如青霉素及其衍生物，是世界上最常用的抗生素之一。它们也经常被过度使用，并会产生负面影响，比如破坏生活在我们肠道内的天然微生物群。
为了证明他们的新细胞构建的sipn是有用的，研究人员用能降解-内酰胺抗生素的-内酰胺酶填充可修饰位点。通过将新功能化的sIPNs注射到小鼠体内，研究人员表明，该平台可以缓慢释放原本寿命较短的保护分子，帮助小鼠肠道微生物群抵御抗生素的负面副作用。
“以前还没有人用活细胞作为工厂，实时生产用于sipn的单体，”你说。“原理证明演示表明，我们不仅可以用活细胞制造这些类型的功能材料，而且它们可以展示与医学相关的功能。”亚博网站下载
国家重点研发计划项目(no . ZD: 2018YFA0903000, no . ZD: 2020YFA0908100, no . LD: 2019YFA09006700)，美国陆军研究中心(no . LY: W911NF-14-1-0490)，美国国立卫生研究院(no . LY:2R01-GM098642, 1RO1AI25604)， David and Lucile Packard Fellowship (LY)， Shenzhen Peacock Team Project (ZD: KQTD20180413181837372)，国家自然科学基金项目(ZD:32071427, LD: 亚博老虎机网登录31971513)。
来源:https://www.duke.edu/