著名华人教授Science发文：一种新技术能对细胞进行遗传重编程，构建人造结构

斯坦福大学的科学家对细胞进行编程，从而进行基因指导的构建项目

　　

斯坦福大学的研究人员已经开发出一种技术，可以对细胞进行重新编程，病使用科学家提供的合成材料来构建能够在体内执行功能的人造结构。

这一新技术公布在3月19日的Science杂志上。由全球顶尖华人材料学家，美国斯坦福大学鲍哲南（Zhenan Bao）教授领导完成，2015年她的研究组构建出了一种塑料“皮肤”，可以检测出施加给它的压力，并生成电信号将这种感觉输入信号直接传递至活体脑细胞中。

她表示，尽管当前的实验主要集中在脑细胞或神经元上，但GTCA也应该与其他细胞类型一起工作。“我们已经开发出一种技术平台，可以利用整个身体细胞的生化过程。”

文章作者，斯坦福大学生物工程学和行为科学教Karl Deisseroth表示：“我们将细胞转变为某种化学工程师，使用我们提供的材料来构建能以特定方式改变其行为的功能聚合物。”

在这篇新论文中，研究人员解释了他们如何开发针对基因的化学组装体（GTCA），并使用这种新方法在哺乳动物的脑细胞和线虫C. elegans的神经元上建立人造结构。这些结构是使用两种不同的生物相容性材料制成的，每种材料具有不同的电子特性，一种材料是绝缘体，另一种是导体。

研究人员首先对他们想要研究的细胞进行了基因重编程。他们通过使用标准的生物工程技术来完成此操作，提供给特定神经元一种称为APEX2的酶。

接下来，他们将线虫和其他实验组织浸入含有两种活性成分的溶液中：一种极低的非致命剂量的过氧化氢，以及数十亿个用于构建项目的原材料分子。

过氧化氢和神经元与APEX2酶之间的接触引发了一系列化学反应，这些化学反应将原料分子融合在一起，形成聚合物链，最终形成网状材料。通过这种方式，研究人员能够在他们想要的神经元周围编织具有绝缘或导电特性的人造网。

聚合物改变了神经元的特性。取决于形成哪种聚合物，神经元发射的速度变得更快或更慢，当在线虫的细胞中产生这些聚合物时，线虫的爬行运动会发生相反的改变。

在哺乳动物细胞实验中，研究人员在小鼠大脑的活切片和大鼠大脑的培养神经元上进行了类似的聚合物形成实验，并验证了合成聚合物的导电或绝缘性能。最后，他们将低浓度的过氧化氢溶液与数百万个原料分子一起注入了活小鼠的大脑，证明了这些元素在一起也没有形成毒性。

作者表示，与其说它是医疗应用的工具，还不如说这种技术是探索的方法。这些工具可以用来研究由神经周围的髓鞘绝缘层磨损引起的多发性硬化症，如果可以诱导患病的细胞形成绝缘聚合物作为替代物，可能会产生应答。研究人员还可以探索在自闭症或癫痫中错误神经元上面形成导电聚合物是否会改变这些状况。

展望未来，研究人员希望探索其细胞靶向技术的变体。 GTCA可用于生产多种功能材料，并通过多种化学信号实现。 “我们在这种化学和生物学的新界面中想象整个世界的可能性。”

（生物通）

原文标题：

Genetically targeted chemical assembly of functional materials in living cells, tissues, and animals