Nat. Chem. ：工程模块化生物材料逻辑门用于药物递送

【引言】

近年来在治疗发展和细胞工程方面的创新已经产生了有力的手段，来对抗越来越多的衰弱和威胁生命的疾病。尽管取得了不错的进展，但临床应用仍然存在一些障碍，特别是对于未知疾病部位的治疗更是一大挑战。利用疾病相关生物标志物的靶向递送策略，通过减少剂量需求和不利的脱靶效应可以用来提高治疗效率和功效。最典型的是，这些方法使用基于聚合物的载体来促进递送，并保护载体免受免疫识别，清除和非特异性细胞摄取。

【成果简介】

近日，华盛顿大学Cole A. DeForest（通讯作者）团队研发了一个模块化的化学框架，通过使用多个环境线索来触发操作可编程布尔逻辑的反应，为水凝胶提供精确的降解响应。通过在物质交联剂中指定正交刺激-不稳定部分的分子结构和连接性，显示了对凝胶溶解和治疗递送的选择性控制。为了说明这种方法的多功能性，合成了17种不同的刺激响应材料，这些材料共同从涉及酶，还原剂和光的输入组合中产生所有可能的YES/OR/AND逻辑输出。使用这些水凝胶，团队展示了第一顺序和环境刺激释放的多个细胞系以明确材料的组合。相关成果以题为“Engineered modular biomaterial logic gates for environmentally triggered therapeutic delivery”发表在了Nature Chemistry上。

【图文导读】

图1 合理设计的交联体系结构

a）YES门材料交联剂含有单个刺激不稳定部分（红色）

b）或门交联剂含有两个不同的刺激不稳定部分（红色和蓝色）

c）与门交联剂含有两个不同的刺激不稳定部分（红色和蓝色）

d）逻辑门可以分层组合以产生更高阶的逻辑响应

e）描述刺激不稳定基团裂解的反应

图2 工程交联剂在分子水平上对环境输入组合进行响应

a）E∧P交联剂的化学结构包括基于SPAAC的水凝胶交联的MMP可降解的肽序列（绿色），光不稳定的oNB部分（紫色）和两个侧翼叠氮化物（粉红色）

b）用所有独特的组合处理后的E∧P交联剂的MALDI-TOF谱

图3 基于逻辑门的阿霉素递送增强HeLa细胞在多种疾病状态标志存在下的死亡特异性

a）用BCN在氨基官能化的阿霉素的化学结构

b）在与肿瘤微环境相关的病理生理学的存在下引发R∧E水凝胶降解：减少病症和MMP

c）用R∧E-DOX缀合物处理后的HeLa细胞的剂量反应曲线

d）在各种处理后用释放的水凝胶组分培养HeLa后归一化的dsDNA含量

【小结】

该研究首次引入了模块化方法来设计具有定制的，用户指定的，基于逻辑的对环境响应的材料。通过控制离散的基于肽的交联剂中的多个刺激-不稳定部分的分子结构和连接性，通过布尔YES/OR/AND门的分级组合赋予生物材料前所未有的计算能力。期望这些平台将在靶向药物递送中具有很大的实用性，其中治疗剂，蛋白质和细胞的释放可以高度选择性地定为于疾病部位，受到该研究的启发相信能更好的应用于诊断，组织工程和再生医学领域。

文献链接：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组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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