综述：设计仿生原细胞和原组织作为智能生物材料

这篇综述探讨了如何通过模块化、自下而上的设计策略构建仿生原组织（prototissues），以克服传统组织模型在精确控制和复杂性之间的平衡难题。作者详细阐述了原细胞（protocells）的多样化构建材料（如脂质体、微凝胶、DNA水凝胶等）及其组装技术（如异嗜性粘附、ECM模拟水凝胶封装），并强调了其在模拟组织微环境动态过程（如机械力响应、生化信号传导）中的潜力。文章还展望了原组织在疾病模型（如癌症、糖尿病）和再生医学中的应用挑战（如生物相容性、规模化生产）。

　　

构建原组织的基石

原细胞（protocells）作为原组织的基本单元，展现出多样的结构和功能特性。非膜结构的微凝胶和凝聚层（coacervates）通过交联聚合物或大分子自组装形成均质体系，而膜结构类型如巨型单层脂质体（GUVs）、聚合物囊泡（polymersomes）和蛋白质体（proteinosomes）则通过脂质双层或两亲性嵌段共聚物实现区室化，能够封装DNA、酶或基因电路。例如，DNA原细胞通过单链DNA（ssDNA）液态核心和双链DNA（dsDNA）水凝胶外壳的独特结构，可实现信号处理和体积膨胀响应。

原细胞组装策略

原组织的形成依赖于原细胞间的定向结合或间接封装。异嗜性粘附通过互补DNA序列或点击化学反应（如叠氮-炔环加成）实现特异性连接，而合成细胞外基质（ECM）模拟水凝胶（如降冰片烯-透明质酸NB-HA）则提供机械支撑并整合ECM成分。磁引导组装和3D打印技术进一步实现了空间异质性控制，例如模拟视网膜光感受器层或胰腺胰岛的细胞分布。

仿生原组织的工程化设计

空间复杂性：通过自排序或光诱导蛋白表达系统，可构建具有几何异质性的原组织。例如，磁性原细胞在磁场中排列成预定义图案，而光遗传学工具能局部激活基因表达，模拟发育中的形态发生梯度。

理化复杂性：合成ECM的弹性（通过交联密度调节）和原细胞表面力学（如DNA外骨架修饰）可独立调控。油水微滴的原细胞通过表面纳米片功能化实现受体锚定，而GUVs内合成细胞骨架（如肽-DNA缀合物）能模拟细胞质流变学特性。

动态过程：热响应性蛋白质体在温度变化下收缩，而光热金纳米颗粒可实现局部刺激。此外，磁控铁氧化物纳米颗粒能远程触发酶释放，模拟组织生长（如脂肪酸诱导的GUV分裂）或纤维化ECM重塑。

与活细胞的交互

原组织通过分子传感器（如FRET探针）或膜受体（如Fas配体）与活细胞通信。例如，葡萄糖响应性原细胞通过pH敏感肽释放胰岛素，而人工抗原呈递细胞（aAPCs）表面展示MHC-I和CD28抗体，可扩增抗原特异性T细胞。在血管模型中，酶修饰的原细胞产生一氧化氮（NO）以抑制血小板活化，而电活性原组织则通过离子梯度调控神经元放电。

挑战与前景

尽管原组织在生物相容性和规模化生产上存在瓶颈，但其模块化设计为研究组织发育（如肠道隐窝力学调控干细胞分化）和疾病机制（如卵巢癌在脂肪组织中的机械侵袭）提供了新工具。未来结合空间组学（如Brillouin显微技术）和计算建模，将加速仿生组织的精准设计，推动其在器官芯片和植入式疗法中的应用。