浙江大学顾臻教授、南开大学高洁研究员《Chem. Soc. Rev.》封面论文: 生物材料的体内合成策略

2023-12-21 来源：高分子科技

自然界中，生物大分子的合成和组装为生物有机体的生命活动提供了基本的物质基础。而对生物大分子组装和作用机制的研究，也启发着科学家在生命有机体中“自上而下”地构建功能性的生物材料。近年来，随着可控化学工具的应用，体内合成材料的研究受到了极大地兴趣，并在细胞命运调控，组织工程，生物分析，疾病诊疗等方面取得了诸多进展。通过利用生物体内的酶、微环境以及可控的化学反应，研究人员在多种生命体，例如：活细胞、细菌、酵母、植物、动物体内原位合成了诸多类型的生物材料，包括超分子水凝胶，纳米药物、聚合物，MOFs以及无机材料等。

近期，浙江大学顾臻教授与南开大学高洁研究员在Chem. Soc. Rev.发文，对生物材料体内合成所涉及的合成策略进行分类与总结, 以期为后续的研究与开发提供思路。在文中，作者将所涉及的策略大体分为三类：非共价化学合成，共价化学合成以及基于基因改造的生物合成策略。

生物材料体内合成的概念示意图

首先，作者溯源了非共价合成，尤其是酶法非共价合成的发展。作者介绍了诸多酶促合成水凝胶的经典案例，其中包括2004年提出的酶促合成水凝胶材料及2007年提出的细胞内酶促水凝胶合成等。此外，本文作者还对近年来酶法非共价合成在亚细胞靶向递送、肿瘤诊疗、细胞调控以及诱导细胞成三维球体等方面的应用进行全面的介绍。除酶法非共价合成以外，作者还概述了主客体分子细胞内组装、靶向生物矿化等非共价因素在活细胞以及动物模型调控生物材料原位形成的诸多案例。非共价作用力作为超分子化学的主要研究对范畴，在超分子材料的开发以及调控提供了有利的驱动力，并促进人们对于可控自组装体系的深入认识。

体外（发表于2004年）、细胞内（发表于2007年）酶促合成超分子水凝胶经典案例

文章第二部分，作者对生物相容的化学聚合反应、细胞氧化微环境及酶调控的聚合反应、生物交联、偶联、以及配位进行了介绍。生物体内的聚合反应，不仅能够以生物体为模板合成高亲和力的聚合物，并且能够原位调控细胞的功能并应用于细胞的工程化研究中。此外，近年来逐渐涌现出的酶法聚合反应以及氧化微环境聚合无疑为这一领域提供了新颖的、更具生物相容性的思路。

生物相容性的体内聚合反应概述

此外，基于基因调控的生物合成策略也在生物材料体内合成也逐渐表现出一定的优势。例如，通过基因策略，聚合反应能够发生在复杂有机体中，例如神经元表面，并起到功能调控的作用。在蛋白质、siRNA等大分子的原位合成中，基于基因调控的策略也具有诸多优势，例如可以将生物体内的功能细胞、器官改造成为生物的反应器，从而形成体内自组装的递送体系。

基于基因调控的策略用于神经元上的聚合物合成案例

该综述从体内生物材料合成的策略着手，并引用诸多具有代表性的案例对具体的构建方法进行了讨论。此外，本文也分别对不同的策略具有的优劣特征进行详细分析，为生物材料体内合成提供了设计及优化策略。相关论文以题为“Synthesizing biomaterials in living organisms”发表在最新一期的Chemical Society Review上，并选为当期的outside front cover。论文的通讯作者为浙江大学顾臻教授和南开大学高洁研究员。

参考文献：https://doi.org/10.1039/D2CS00999D

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻