Nat. Chem. ：工程模塊化生物材料邏輯門用于藥物遞送

【引言】

近年來在治療發展和細胞工程方面的創新已經產生了有力的手段，來對抗越來越多的衰弱和威脅生命的疾病。盡管取得了不錯的進展，但臨床應用仍然存在一些障礙，特別是對于未知疾病部位的治療更是一大挑戰。利用疾病相關生物標志物的靶向遞送策略，通過減少劑量需求和不利的脫靶效應可以用來提高治療效率和功效。最典型的是，這些方法使用基于聚合物的載體來促進遞送，并保護載體免受免疫識別，清除和非特異性細胞攝取。

【成果簡介】

近日，華盛頓大學Cole A. DeForest（通訊作者）團隊研發了一個模塊化的化學框架，通過使用多個環境線索來觸發操作可編程布爾邏輯的反應，為水凝膠提供精確的降解響應。通過在物質交聯劑中指定正交刺激-不穩定部分的分子結構和連接性，顯示了對凝膠溶解和治療遞送的選擇性控制。為了說明這種方法的多功能性，合成了17種不同的刺激響應材料，這些材料共同從涉及酶，還原劑和光的輸入組合中產生所有可能的YES/OR/AND邏輯輸出。使用這些水凝膠，團隊展示了第一順序和環境刺激釋放的多個細胞系以明確材料的組合。相關成果以題為“Engineered modular biomaterial logic gates for environmentally triggered therapeutic delivery”發表在了Nature Chemistry上。

【圖文導讀】

圖1 合理設計的交聯體系結構

a）YES門材料交聯劑含有單個刺激不穩定部分（紅色）

b）或門交聯劑含有兩個不同的刺激不穩定部分（紅色和藍色）

c）與門交聯劑含有兩個不同的刺激不穩定部分（紅色和藍色）

d）邏輯門可以分層組合以產生更高階的邏輯響應

e）描述刺激不穩定基團裂解的反應

圖2 工程交聯劑在分子水平上對環境輸入組合進行響應

a）E∧P交聯劑的化學結構包括基于SPAAC的水凝膠交聯的MMP可降解的肽序列（綠色），光不穩定的oNB部分（紫色）和兩個側翼疊氮化物（粉紅色）

b）用所有獨特的組合處理后的E∧P交聯劑的MALDI-TOF譜

圖3 基于邏輯門的阿霉素遞送增強HeLa細胞在多種疾病狀態標志存在下的死亡特異性

a）用BCN在氨基官能化的阿霉素的化學結構

b）在與腫瘤微環境相關的病理生理學的存在下引發R∧E水凝膠降解：減少病癥和MMP

c）用R∧E-DOX綴合物處理后的HeLa細胞的劑量反應曲線

d）在各種處理后用釋放的水凝膠組分培養HeLa后歸一化的dsDNA含量

【小結】

該研究首次引入了模塊化方法來設計具有定制的，用戶指定的，基于邏輯的對環境響應的材料。通過控制離散的基于肽的交聯劑中的多個刺激-不穩定部分的分子結構和連接性，通過布爾YES/OR/AND門的分級組合賦予生物材料前所未有的計算能力。期望這些平臺將在靶向藥物遞送中具有很大的實用性，其中治療劑，蛋白質和細胞的釋放可以高度選擇性地定為于疾病部位，受到該研究的啟發相信能更好的應用于診斷，組織工程和再生醫學領域。

文獻鏈接：Engineered modular biomaterial logic gates for environmentally triggered therapeutic delivery（Nat. Chem.,2018,DOI:10.1038/nchem.2917）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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