近日，我校化工學(xué)院郭旭虹教授和王義明特聘研究員在活細(xì)胞內(nèi)可控合成非生物超分子聚合物研究中取得重要進(jìn)展。研究成果以“Synthesis of Abiotic Supramolecular Polymers Inside Living Cells via Organocatalysis-Mediated Self-Assembly”為題發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202500998），并被選為Hot Paper。
活細(xì)胞依賴生物大分子自組裝形成的超分子聚合物執(zhí)行關(guān)鍵生理功能，受生命系統(tǒng)啟發(fā)，一些列合成型超分子聚合物已經(jīng)被設(shè)計(jì)并合成出來。將人工合成超分子聚合物與生命系統(tǒng)相融合，將有望為生物功能干預(yù)和疾病治療開辟新路徑。然而，現(xiàn)有技術(shù)多依賴酶觸發(fā)肽類分子自組裝，存在功能單一、穩(wěn)定性差、可控性低等問題；傳統(tǒng)共價(jià)聚合物雖能在細(xì)胞內(nèi)合成，卻因缺乏動(dòng)態(tài)響應(yīng)性難以滿足生物兼容需求。如何在復(fù)雜胞內(nèi)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)完全非生物超分子聚合物的可控合成仍是一大挑戰(zhàn)。
為此，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出利用有機(jī)催化作用控制小分子自組裝的研究策略，在活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)完全人工合成超分子聚合物的原位構(gòu)建，并揭示其通過調(diào)控細(xì)胞力學(xué)特性與擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)抑制腫瘤遷移的生物學(xué)效應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種基于腙鍵生成反應(yīng)觸發(fā)的人工超分子聚合體系。將能夠高效催化腙鍵生成反應(yīng)的有機(jī)催化劑（CAT）載入細(xì)胞，創(chuàng)造了自組裝前體分子（酰肼前體與醛類前體）在胞內(nèi)的擴(kuò)散傳質(zhì)優(yōu)勢和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢，進(jìn)而在胞內(nèi)環(huán)境中快速反應(yīng)形成自組裝單體（HA3），并最終在活細(xì)胞內(nèi)自組裝形成超分子聚合物。進(jìn)一步的細(xì)胞遷移追蹤研究顯示，超分子聚合物的存在使細(xì)胞遷移速度顯著下降。機(jī)制研究表明，所形成的超分子聚合物材料通過增加胞內(nèi)擁擠度，一方面抑制了胞內(nèi)物質(zhì)的擴(kuò)散，另一方面破壞肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)有序性并縮短黏著斑壽命，從而抑制了細(xì)胞的遷移。
此項(xiàng)研究為在活細(xì)胞內(nèi)構(gòu)筑純?nèi)斯こ肿泳酆衔锊牧希蚱坪铣刹牧舷到y(tǒng)與生命系統(tǒng)之間的界限，利用合成材料強(qiáng)化生命體的結(jié)構(gòu)與功能提供了新思路。未來，有望通過該方法在活細(xì)胞內(nèi)構(gòu)筑一系列如人造細(xì)胞器、人造藥物倉庫、人造傳感器等功能結(jié)構(gòu)，重塑生命體功能。論文以華東理工大學(xué)為第一通訊單位，胞內(nèi)擴(kuò)散方面的研究得到了北京師范大學(xué)李輝教授課題組的大力支持。研究成果得到了國家自然科學(xué)基金委、上海市科委等機(jī)構(gòu)的項(xiàng)目支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202500998