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
自然界中，生物大分子的合成和組裝為生物有機體的生命活動提供了基本的物質(zhì)基礎(chǔ)。而對生物大分子組裝和作用機制的研究，也啟發(fā)著科學(xué)家在生命有機體中“自上而下”地構(gòu)建功能性的生物材料。近年來，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以及無機材料等。
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：非共價化學(xué)合成，共價化學(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，作者溯源了非共價合成，尤其是酶法非共價合成的發(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，本文作者還對近年來酶法非共價合成在亞細(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因素在活細(xì)胞以及動物模型調(diào)控生物材料原位形成的諸多案例。非共價作用力作為超分子化學(xué)的主要研究對范疇，在超分子材料的開發(fā)以及調(diào)控提供了有利的驅(qū)動力，并促進(jìn)人們對于可控自組裝體系的深入認(rèn)識。
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。例如，通過基因策略，聚合反應(yīng)能夠發(fā)生在復(fù)雜有機體中， 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，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具體的構(gòu)建方法進(jìn)行了討論。此外，本文也分別對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
