朱偉教授課題組在Advanced Functional Materials雜志上發(fā)表論文——多功能裝甲血紅細(xì)胞
近日，華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院朱偉教授課題組聯(lián)合德國慕尼黑大學(xué)Stefan Wuttke教授和美國新墨西哥大學(xué)C Jeffrey Brinker院士在先進(jìn)功能材料（Adv. Funct. Mater.，IF=16.836）雜志上在線發(fā)表題目為“Modular Assembly of Red Blood Cell Superstructures from Metal-Organic Framework Nanoparticle-Based Building Blocks”的研究論文，提出了“裝甲血紅細(xì)胞”（Armored RBC）的概念，即基于金屬-酚類配位的MOF納米顆粒在血紅細(xì)胞膜表面快速形成納米顆粒組裝的功能性外骨骼裝甲。（論文鏈接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202005935?af=R）
基于生物物質(zhì)和合成納米粒子的生物/人工雜化納米系統(tǒng)是材料科學(xué)的當(dāng)前圣杯。血紅細(xì)胞作為血液中最豐富的細(xì)胞成分，能夠快速的結(jié)合/釋放氧氣，并由于其自身的彈性和可塑性允許其可發(fā)生機(jī)械形變，通過直徑小于血紅細(xì)胞直徑的毛細(xì)血管，將氧氣從肺運送到身體各個組織。這些獨特的特征使得血紅細(xì)胞作為各種化合物和納米顆粒的載體被廣泛研究。到目前為止，細(xì)胞/人工雜化系統(tǒng)的構(gòu)建主要有四個策略：1）表面接枝；2）低滲負(fù)荷；3）表面搭便車；4）納米殼層封裝。盡管細(xì)胞/人工雜化系統(tǒng)的構(gòu)建取得了成功，但是用于構(gòu)建血紅細(xì)胞/人工雜化系統(tǒng)的方法往往存在一些局限性：1）耗時；2）由于血紅細(xì)胞對環(huán)境壓力的敏感性，不恰當(dāng)?shù)那绑w濃度，pH值，溫度，離子強(qiáng)度等合成條件都可能會導(dǎo)致血紅細(xì)胞的裂解；3）表面修飾或低滲負(fù)載后的血紅細(xì)胞通常會比天然血紅細(xì)胞更加脆弱且對環(huán)境更加敏感；4）大多數(shù)構(gòu)建策略沒有賦予血紅細(xì)胞/人工雜化系統(tǒng)額外的功能。這些限制引發(fā)了開發(fā)新型血紅細(xì)胞工程化方法的訴求。
圖1. 裝甲血紅細(xì)胞的設(shè)計和構(gòu)建(a)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(b-e)
裝甲血紅細(xì)胞保留了天然血紅細(xì)胞的基本生理屬性。氧合曲線表明裝甲血紅細(xì)胞具有與天然血紅細(xì)胞相當(dāng)?shù)难鯕廨d運能力。在雛雞胚胎模型中，對裝甲血紅細(xì)胞的血液循環(huán)性能研究，發(fā)現(xiàn)裝甲血紅細(xì)胞具有與天然血紅細(xì)胞類似的變形能力且能夠很好的進(jìn)行血液循環(huán)。在小鼠模型中，對裝甲血紅細(xì)胞循環(huán)能力進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，發(fā)現(xiàn)其搭載的納米顆粒器官內(nèi)富集行為可以被調(diào)控，體內(nèi)消除半衰期長達(dá)66.3小時，遠(yuǎn)超普通納米顆粒載體。此外，血紅細(xì)胞顯示出在一定程度上能夠抵抗?jié)B透壓，去污劑，有毒納米顆粒以及冷凍環(huán)境導(dǎo)致的溶血壓力。同時，由于模塊化的設(shè)計思想，其方便加載各種功能性納米基元，從而實現(xiàn)多功能集成。尤其是將熒光分子，分子探針，磁性納米顆粒等功能性基元加載至裝甲血紅細(xì)胞上可以方便各種功能的引入，如血液檢測，藥物遞送，磁性應(yīng)答，多光譜成像等。多功能裝甲血紅細(xì)胞的設(shè)計策略不僅推動了生物/人工雜化納米系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計，同時在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域也顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。
圖2. (a-c) 裝甲血紅細(xì)胞的載氧行為；(d-f) 裝甲血紅細(xì)胞在雛雞胚胎模型中的流動行為
該工作得到了國家自然科學(xué)基金（21972047）、珠江人才計劃青年拔尖人才項目（2019QN01Y314）的資助和其他眾多主流學(xué)術(shù)公眾號的轉(zhuǎn)載。
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