朱偉教授課題組在Advanced Functional Materials雜志上發(fā)表論文——多功能裝甲血紅細胞
近日，華南理工大學生物科學與工程學院朱偉教授課題組聯(lián)合德國慕尼黑大學Stefan Wuttke教授和美國新墨西哥大學C Jeffrey Brinker院士在先進功能材料（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）
基于生物物質和合成納米粒子的生物/人工雜化納米系統(tǒng)是材料科學的當前圣杯。血紅細胞作為血液中最豐富的細胞成分，能夠快速的結合/釋放氧氣，并由于其自身的彈性和可塑性允許其可發(fā)生機械形變，通過直徑小于血紅細胞直徑的毛細血管，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，細胞/人工雜化系統(tǒng)的構建主要有四個策略：1）表面接枝；2）低滲負荷；3）表面搭便車；4）納米殼層封裝。盡管細胞/人工雜化系統(tǒng)的構建取得了成功，但是用于構建血紅細胞/人工雜化系統(tǒng)的方法往往存在一些局限性：1）耗時；2）由于血紅細胞對環(huán)境壓力的敏感性，不恰當?shù)那绑w濃度，pH值，溫度，離子強度等合成條件都可能會導致血紅細胞的裂解；3）表面修飾或低滲負載后的血紅細胞通常會比天然血紅細胞更加脆弱且對環(huán)境更加敏感；4）大多數(shù)構建策略沒有賦予血紅細胞/人工雜化系統(tǒng)額外的功能。這些限制引發(fā)了開發(fā)新型血紅細胞工程化方法的訴求。
圖1. 裝甲血紅細胞的設計和構建(a)及其生物醫(yī)學應用(b-e)
裝甲血紅細胞保留了天然血紅細胞的基本生理屬性。氧合曲線表明裝甲血紅細胞具有與天然血紅細胞相當?shù)难鯕廨d運能力。在雛雞胚胎模型中，對裝甲血紅細胞的血液循環(huán)性能研究，發(fā)現(xiàn)裝甲血紅細胞具有與天然血紅細胞類似的變形能力且能夠很好的進行血液循環(huán)。在小鼠模型中，對裝甲血紅細胞循環(huán)能力進行了進一步的研究，發(fā)現(xiàn)其搭載的納米顆粒器官內(nèi)富集行為可以被調控，體內(nèi)消除半衰期長達66.3小時，遠超普通納米顆粒載體。此外，血紅細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)境導致的溶血壓力。同時，由于模塊化的設計思想，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，磁性應答，多光譜成像等。多功能裝甲血紅細胞的設計策略不僅推動了生物/人工雜化納米系統(tǒng)的構建與設計，同時在生物醫(yī)學工程領域也顯示出了廣闊的應用前景。
圖2. (a-c) 裝甲血紅細胞的載氧行為；(d-f) 裝甲血紅細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術公眾號的轉載。
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