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上海交大劉盡堯團(tuán)隊(duì)《Acc. Chem. Res.》綜述:多巴胺聚合介導(dǎo)的細(xì)菌表面功能化
2024-03-07  來源:高分子科技

  近日,上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院劉盡堯研究員團(tuán)隊(duì)Accounts of Chemical Research發(fā)表了題為“Dopamine Polymerization-Mediated Surface Functionalization toward Advanced Bacterial Therapeutics”的綜述論文,主要總結(jié)了該課題組關(guān)于多巴胺聚合介導(dǎo)的細(xì)菌表面修飾與功能化及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的最新進(jìn)展。



  貽貝可以通過分泌黏附蛋白附著在不同類型的表面上,這些黏附蛋白含有大量的3,4-二羥基-L-苯丙氨酸和賴氨酸。受貽貝這一特性的啟發(fā),含有兒茶酚和氨基的多巴胺被開發(fā)用作小分子前體,通過聚合以實(shí)現(xiàn)類似的黏附性能。自2007Messersmith團(tuán)隊(duì)在Science雜志開創(chuàng)性地報(bào)道了聚多巴胺對多種材料的黏附特性后,聚多巴胺涂層作為一種仿生方法,被廣泛用于無機(jī)和有機(jī)材料的表面功能化修飾。由于細(xì)菌的表面組分,如脂多糖、次卵酸和蛋白質(zhì)等,含有大量的胺、硫醇和羥基,多巴胺可以通過氫鍵、π-π堆疊、邁克爾加成和希夫堿反應(yīng)等將各種功能性小分子和大分子靈活地沉積到細(xì)菌表面。 



  在該綜述論文中,劉盡堯課題組詳細(xì)總結(jié)了在細(xì)胞相容條件下通過原位多巴胺聚合對細(xì)菌表面進(jìn)行修飾的優(yōu)化策略。首先,通過簡單的原位多巴胺聚合反應(yīng),該課題組為細(xì)菌穿上一層聚多巴胺涂層外衣,建立了對細(xì)菌進(jìn)行單模態(tài)表面修飾的策略。接著,這種策略可以通過進(jìn)一步修飾單一或多種功能元件而升級為細(xì)菌的雙模態(tài)或多模態(tài)表面修飾。該團(tuán)隊(duì)建立了多種方法,包括“兩步法”、“一鍋法”以及“一鍋兩步法”將功能元件修飾在細(xì)菌表面!皟刹椒ā笔侵赶刃纬删鄱喟桶吠繉,然后通過沉積含有胺和硫醇基團(tuán)的生物分子進(jìn)行進(jìn)一步修飾,形成功能化涂層!耙诲伔ā笔菍⒍喟桶泛蜕锓肿油ㄟ^一步反應(yīng)共同沉積在細(xì)菌表面。而“一鍋兩步法”則是將這兩種方法靈活地依次結(jié)合起來,以實(shí)現(xiàn)多種功能元件的組合修飾。 



  接下來,該課題組充分闡述了表面修飾對細(xì)菌功能的調(diào)節(jié)作用。聚多巴胺涂層外衣不僅能大大提高生物利用度,賦予細(xì)菌抵抗體內(nèi)不良環(huán)境的能力,還能增強(qiáng)細(xì)菌對過度激活免疫反應(yīng)的抑制能力。與特定配體或治療組分的整合使修飾后的細(xì)菌在病變部位增加靶向積累和定植,或在疾病治療中發(fā)揮協(xié)同作用。與蛋白抗原、抗體或免疫佐劑等免疫活性成分共同沉積能夠促進(jìn)修飾后的細(xì)菌與宿主相互作用,激發(fā)保護(hù)性的先天或適應(yīng)性免疫應(yīng)答。


  其次,該論文強(qiáng)調(diào)了多巴胺聚合介導(dǎo)的表面修飾作為一種高效、通用的方法,可以個(gè)性化訂制細(xì)菌的功能,以滿足疾病治療的多樣化需求。并重點(diǎn)介紹了表面修飾細(xì)菌作為多功能活體細(xì)菌藥物在疾病治療中的應(yīng)用,主要包括通過口服給藥治療炎癥性腸病,以及通過系統(tǒng)給藥或腫瘤內(nèi)注射干預(yù)多種類型的腫瘤。


  最后,討論了多巴胺聚合介導(dǎo)的多功能化在制備有效的活體細(xì)菌藥物及其臨床轉(zhuǎn)化所面臨的挑戰(zhàn)。主要包括如何高效修飾不耐氧氣的腸道共生厭氧細(xì)菌;如何在標(biāo)準(zhǔn)化過程中將給藥劑量與有效量聯(lián)系起來;開發(fā)能夠響應(yīng)體內(nèi)不同病理微環(huán)境的多巴胺功能涂層;進(jìn)一步明確不同疾病的發(fā)病機(jī)制和細(xì)菌在這些疾病中的作用,以準(zhǔn)確確定最適合表面修飾的功能分子。 



  總的來說,利用聚合介導(dǎo)的表面功能化操縱細(xì)菌生物功能的新興領(lǐng)域依賴于對化學(xué)、材料科學(xué)和微生物學(xué)的全面理解。這篇綜述為細(xì)菌功能化改造提供了一個(gè)獨(dú)特視角,希望能吸引研究人員的廣泛興趣,并促進(jìn)下一代細(xì)菌療法的發(fā)展和應(yīng)用。


  上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院王露副研究員為該論文第一作者,劉盡堯研究員為通訊作者。該工作得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家自然科學(xué)基金、上海市探索者計(jì)劃、上海市高水平地方高校創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00798

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