生物分子凝聚體（Biomolecular Condensates）作為細(xì)胞內(nèi)無膜細(xì)胞器的一種形式，在生物微反應(yīng)器設(shè)計、藥物遞送和組織工程等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，這些凝聚體界面的固有開放性使得對其內(nèi)部酶促反應(yīng)和物質(zhì)交換的精確控制面臨巨大挑戰(zhàn)。界面的性質(zhì)在很大程度上決定了凝聚體與外部環(huán)境的分子通訊，因此，對凝聚體進(jìn)行界面工程化改造，以實現(xiàn)精確的酶反應(yīng)調(diào)控，是推進(jìn)其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。

近日，浙江大學(xué)田良飛團(tuán)隊在 Advanced Science 發(fā)表了一篇研究文章Surface Engineered Biomolecular Condensates for Targeted Cell Cytotoxicity，報道了一種表面工程化生物分子凝聚體的策略。該研究通過在凝聚體表面構(gòu)建脂肪酸膜，實現(xiàn)了對生物大分子的分子量依賴性空間篩選，并利用表面定位的酶原位快速誘導(dǎo)納米纖維形成，從而實現(xiàn)了高效的靶向細(xì)胞凋亡。這一工作為人工細(xì)胞器的功能性定制及精準(zhǔn)生物催化和靶向治療平臺的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

研究內(nèi)容：

(1) 脂肪酸膜誘導(dǎo)的界面工程與分子篩效應(yīng)

研究團(tuán)隊開發(fā)了一種兩步界面工程策略，在十聚賴氨酸/聚肌苷酸（ K10/Poly I）生物分子凝聚體上構(gòu)建了癸酸（DA）膜。共聚焦顯微鏡、小角X射線散射（SAXS）及Zeta電位測試證實，DA主要通過靜電和疏水相互作用在凝聚體界面形成膜結(jié)構(gòu)，顯著降低了界面的流動性。

更有趣的是，這層 DA膜賦予了凝聚體獨特的分子篩分能力：它允許疏水性小分子（如尼羅紅）富集，同時對生物大分子表現(xiàn)出分子量依賴的空間控制。分子量小于60 kDa 的生物大分子（如單鏈DNA、辣根過氧化物酶HRP、脂肪酶Lipase）可進(jìn)入凝聚體內(nèi)部，而大分子量的堿性磷酸酶（ALP，140 kDa）則被限制在凝聚體表面。

(2) 空間調(diào)控增強酶動力學(xué)與原位納米纖維生長

這種空間分布的調(diào)控顯著改變了酶促反應(yīng)動力學(xué)。在DA包裹的凝聚體中，定位于界面的ALP能夠加速底物 Fmoc-TyrP的去磷酸化，誘導(dǎo)其自組裝形成 Fmoc-TyrOH 納米纖維。隨著納米纖維的生長，凝聚體內(nèi)部的物理化學(xué)特性發(fā)生改變，粘度增加，并導(dǎo)致凝聚體發(fā)生形變，進(jìn)而觸發(fā)內(nèi)部富集的生物大分子（如ssDNA）向外釋放。

(3) 靶向細(xì)胞毒性與細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)

基于上述特性，研究團(tuán)隊探索了該系統(tǒng)在細(xì)胞層面的應(yīng)用。在HeLa細(xì)胞共培養(yǎng)實驗中，DA包裹的凝聚體能夠高效地將ALP遞送到細(xì)胞膜附近。隨后加入底物Fmoc-TyrP，原位生成的納米纖維網(wǎng)絡(luò)顯著誘導(dǎo)了細(xì)胞凋亡。

實驗結(jié)果顯示，與未包裹的凝聚體相比（細(xì)胞存活率約50%），經(jīng)DA包裹的凝聚體處理后，HeLa細(xì)胞的存活率急劇下降至約5%。這表明該表面工程化策略在癌癥治療等領(lǐng)域具有巨大的潛力。

綜上所述，該研究建立了一種利用脂肪酸對生物分子凝聚體進(jìn)行界面工程的方法，賦予了生物分子凝聚體類膜的分子篩能力、酶的空間可編程性以及靶向細(xì)胞凋亡的能力。這不僅拓展了人工細(xì)胞器的功能邊界，也為開發(fā)基于凝聚體的精準(zhǔn)生物催化系統(tǒng)和靶向治療平臺提供了新的設(shè)計思路。

浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院中心實驗室顯微成像平臺的呂媛媛老師在共聚焦顯微鏡方面的技術(shù)支持。 浙江大學(xué)冷凍電鏡中心 (CCEM) 的宋丹丹、劉汀雨和武靈云老師在冷凍電鏡和掃描電鏡方面的技術(shù)協(xié)助。本篇工作通訊作者為浙江大學(xué)的田良飛研究員。 浙江大學(xué)殷成英、吳澄為該論文的共同第一作者。

https://doi.org/10.1002/advs.202518312

制版人： 十一

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