孟涛团队和孔湉湉团队Small Methods：全水隔室界面原位仿生矿化

在自然界中，细胞通过隔室化富集生物分子并控制关键分子进出以进行高效催化及有序生化反应。模拟此细胞隔室，在水相环境中可构建全水隔室，并由于其具有高生物相容性及与细胞环境高相似度而广泛应用于药物递送、探索细胞反应机制等领域。目前，由于全水隔室界面张力低，隔室之间易聚并，使其难以稳定，稳定全水隔室仍然是一个持续的挑战。传统全水隔室稳定方法包括将胶体颗粒、聚多巴胺颗粒等吸附在全水界面上，然而颗粒界面吸附为随机过程并受局部流体环境影响，导致全水隔室界面性质不可控，影响全水隔室对生物分子的富集与递送。

近日，西南交通大学生命科学与工程学院孟涛（点击查看介绍）团队和深圳大学生物医学工程学院孔湉湉（点击查看介绍）团队受尿素分解菌可在其表面产生碳酸钙层的启发，利用全水隔室内脲酶催化作用并以界面脲酶为位点原位生长碳酸钙颗粒，以稳定全水隔室（图1），稳定时间可达无碳酸钙颗粒覆盖的全水隔室的90倍。相比于传统的颗粒界面吸附稳定全水隔室方法，使用界面原位合成的颗粒稳定全水隔室，其稳定过程不受局部流体性质的影响且产生的全水隔室性质可控。

图1. 受尿素分解细菌启发，构建碳酸钙颗粒稳定的全水隔室及其与无碳酸钙颗粒的全水隔室聚并时间对比。

通过改变全水隔室内脲酶催化条件，包括脲酶、尿素以及氯化钙浓度，可调控全水隔室稳定程度（图2）。除此之外，以此碳酸钙颗粒稳定的全水隔室为模版，可制备高生物相容性、高包封率的生物药物递送微囊。微囊在中性环境如口腔中可以维持生物活性药物的高包封率，一旦进入酸性环境如胃部中，可在短时间内迅速释放药物（图3），用于治疗消化功能紊乱等相关疾病。

图2. 脲酶、尿素以及氯化钙浓度对碳酸钙颗粒覆盖的全水隔室稳定性影响。

图3 以碳酸钙颗粒稳定的全水隔室为模版构建药物递送微囊及其在生物活性物质包封、酸性环境药物释放的应用。

总结

本研究报道的界面原位仿生矿化，展现出了优异的全水隔室性质调控能力，并揭示了界面原位仿生矿化过程及原理；通过将水性两相系统与生物矿化结合，开辟了通往下一代自组装材料和结构的新途径，并为生物药物递送提供了绿色的平台。本研究成果发表于近期的Small Methods 期刊。该研究得到国家自然科学基金项目（21776230, 52172283），四川省科技厅重点研发项目（2020YFG0092, 2021YFN0129），中央高校基础研究基金（2682021ZTPY031, 2682021CX087）的资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Bacteria-Inspired Aqueous-in-Aqueous Compartmentalization by In Situ Interfacial Biomineralization 

Hao Yuan (苑昊), Fei Li (李飞), Lufan Jia (贾露凡), Ting Guo (郭婷), Tiantian Kong* (孔湉湉) and Tao Meng* (孟涛)

Small Methods, 2022, DOI: 10.1002/smtd.202201309

导师介绍

孟涛

https://www.x-mol.com/university/faculty/186043

孔湉湉

https://www.x-mol.com/university/faculty/65810