细胞变身“化学工程师”，构建功能性聚合物学术资讯

生物相容性聚合物（金色）沉积在右侧的两个基因定向神经元上，而相邻细胞没有受到影响。这些聚合物具有不同的导电性质，它们的选择性沉积能够调节活组织中目标细胞的特性。蓝色粒子代表单体，能够使聚合物在整个组织中扩散。

近日，来自美国斯坦福大学的研究人员在《科学》杂志上发表论文称，他们开发出了一种基因定向化学组装（GTCA）技术，并利用这项技术在哺乳动物的脑细胞和秀丽隐杆线虫的神经元中利用合成材料构建了能够在体内执行功能的人工结构。这些结构由两种不同的生物相容性材料制成，每一种材料都具有不同的电子性能。

“我们把细胞变成了化学工程师，让它们利用提供的材料来构建功能性聚合物，并以特定的方式改变细胞的行为。”生物工程和精神病学与行为科学教授Karl Deisseroth说，他是这项研究的负责人之一。另一位负责人、化学工程教授Zhenan Bao说，虽然目前的实验主要集中在脑细胞或神经元上，但GTCA应该也适用于其他类型的细胞。Bao说：“我们开发了一个能够深入到人体细胞生化过程中的技术平台。”

在这项研究中，研究人员首先对目的细胞进行了基因重组：使用标准的生物工程技术向特定的神经元中添加一种叫做APEX2的酶。接下来，科学家们将线虫和其他实验组织浸泡在一种溶液中，这种溶液含有极低的、非致死剂量的过氧化氢，以及细胞用于构建人工结构的数十亿分子原料。

过氧化氢与带有APEX2酶的神经元之间的接触引发了一系列的化学反应，这些化学反应将原料分子熔合在一起形成了一种链状聚合物，最终形成网状物质。通过这种方式，研究人员能够在目标神经元周围编织具有绝缘或导电特性的人工网络。聚合物改变了神经元的性质。当秀丽隐杆线虫的细胞中生成这些聚合物时，线虫的爬行运动发生了变化。在哺乳动物细胞实验中，研究人员在小鼠大脑的活体切片和培养的小鼠大脑神经元中进行了类似的聚合形成实验，并验证了聚合物的导电或绝缘性能。最后，研究人员将低浓度的过氧化氢溶液和数百万的原材料分子注入活体小鼠的大脑，证实了这些元素在一起是无毒的。

Deisseroth说：“我们开发的是一个探索工具，目前还不能应用于医学。”但是这些工具可以用来研究由神经周围髓磷脂绝缘层磨损引起的多发性硬化症，如果我们能够诱导病变细胞形成绝缘聚合物作为替代，可能会改善多发性硬化症。当然，如果在自闭症或癫痫患者大脑中不能导电的神经元周围形成导电聚合物，也可能会起到一定的治疗效果。

接下来，研究人员计划继续探索细胞靶向技术的变体，通过不同的化学信号，将GTCA用于生产多种功能材料。“我们正在化学和生物学的新界面上，想象一个充满各种可能性的世界，” Deisseroth说。

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编译：花花

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

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https://phys.org/news/2020-03-scientists-cells-gene-guided.html