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  除了經(jīng)典的脂質(zhì)膜包裹的細(xì)胞器外，細(xì)胞內(nèi)空間還高度擁擠著大分子，并包含各種無膜的液滴區(qū)室，即通過多價(jià)相互作用穩(wěn)定的液相分離的凝聚層（圖1a）。同時(shí)，細(xì)胞外凝聚層，例如在神經(jīng)突觸連接處發(fā)現(xiàn)的凝聚層，對(duì)于諸如神經(jīng)元通訊等細(xì)胞功能也至關(guān)重要。這些凝聚層液滴可以發(fā)展出異質(zhì)的多相結(jié)構(gòu)，例如具有多層液相和液泡形態(tài)的核-殼子結(jié)構(gòu)，從而潛在地定位和分離出不同的生物過程集，而無需依靠膜邊界調(diào)節(jié)細(xì)胞功能。體外模擬具有這些天然凝聚層形態(tài)，物理和功能復(fù)雜性的合成凝聚層具有挑戰(zhàn)性且至關(guān)重要。不同于經(jīng)典的聚電解質(zhì)液相分離制備均相形態(tài)的合成凝聚層，邊黎明教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種通用的氫鍵驅(qū)動(dòng)納米粒子自組裝策略以制造液泡化的異質(zhì)凝聚層（圖1b）。該策略適用于具有不同化學(xué)組成的交互式核-殼納米粒子（圖1c）。

圖1.納米粒子組裝的液泡化異質(zhì)凝聚層模擬天然凝聚層的復(fù)雜性。

  基于這種納米粒子自組裝策略以制造液泡化異質(zhì)凝聚層的策略，研究成員證明了所獲得的納米粒子組裝凝聚層包含生理?xiàng)l件下穩(wěn)定的內(nèi)部液泡，以提供分離的微區(qū)室并介導(dǎo)各種大分子的空間異質(zhì)分布（圖2）。外部施加的機(jī)械力會(huì)暫時(shí)破壞納米粒子組裝凝聚層的基質(zhì)，并為大分子被包封在液泡中創(chuàng)造一個(gè)機(jī)會(huì)窗口（圖2a-e）。同時(shí)納米粒子組裝凝聚層基質(zhì)（具有密集的疏水核和PEG鏈的組裝納米顆粒的集合）可以充當(dāng)高度擁擠的屏障，以在接近平衡條件下將內(nèi)部液泡與周圍環(huán)境隔離（圖2f-i）。

圖2.液泡化的納米粒子組裝凝聚層介導(dǎo)各種大分子的空間異質(zhì)分布。

  此外，液泡化的納米粒子組裝凝聚層可以提供具有時(shí)空分子異質(zhì)性的理想3D間隔細(xì)胞微環(huán)境，以時(shí)空受控的方式調(diào)節(jié)細(xì)胞行為。相信這種納米粒子自組裝策略可以推廣到具有不同化學(xué)組成的核殼納米粒子，從而提供一種簡(jiǎn)單但通用的方法來精確控制兩親聚合物進(jìn)行多相凝聚層組裝，并且為研究天然凝聚層的復(fù)雜性提供新穎的見解。這項(xiàng)研究結(jié)果已于近期在《Advanced Materials》以“Nanoparticle-Assembled Vacuolated Coacervates Control Macromolecule Spatiotemporal Distribution to Provide a Stable Segregated Cell Microenvironment”為標(biāo)題發(fā)表。

  該工作第一作者為香港中文大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系趙鵬超博士，通訊作者為邊黎明教授。該工作得到香港研究資助局研究資金的支持。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202007209

  邊教授長(zhǎng)期致力于發(fā)展先進(jìn)納米材料與水凝膠材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，并且逐漸建立了從基礎(chǔ)材料學(xué)，生物醫(yī)學(xué)研究到醫(yī)療應(yīng)用研究的多方向的深度研究。邊教授課題組近期在高水平學(xué)術(shù)期刊發(fā)表多篇論文。

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