Advanced Functional Materials:集“细胞捕获-大分子传递-细胞收获”多功能于一体的细胞改造平台

将功能性外源大分子向细胞内进行高效传递是生物科学和生物医学工程研究中的一种重要手段,能够有效用于细胞生物学等基础研究以及癌症等多种疾病的临床治疗。而目前常用的传递方法通常存在各自的局限,难以同时满足高传输效率和低细胞毒性这两个基本条件。特别是对于悬浮的免疫细胞(如T细胞),采用常规的脂质体转染法和电穿孔转染技术对其通常无效或转染效率极低,而病毒转染方法费时费力,且存在安全风险、免疫反应等缺陷。缺少合适的传递方法也成为了限制“工程化”细胞的一个关键瓶颈。因此,开发具有高传递效率、低细胞毒性以及良好通用性的细胞内传递方法成为了国内外科研工作者们的研究热点。

苏州大学材料与化学化工学部大分子与生物表界面实验室(MacBio)的于谦教授和陈红教授在多年以来生物材料表界面的研究基础上,巧妙地将光热材料(硅纳米线阵列)与刺激响应高分子(含苯硼酸基团的高分子)相结合,开发了一种集“细胞捕获-细胞内外源大分子传递-细胞收获”三种功能于一体的多功能“细胞改造”平台。该平台结合硅纳米线阵列的三维拓扑增强效应和苯硼酸对细胞膜表面糖蛋白的特异性识别作用,实现了对多种贴壁细胞和悬浮细胞的高效捕获;而后利用硅纳米线阵列在近红外激光照射下产生的光热效应,大大提高了捕获细胞的细胞膜通透性,进而在没有外加载体的条件下,将多种不同种类外源大分子(包括多糖分子、蛋白质、质粒DNA)高效传递到细胞内部以实现对其的“改造”;最后通过果糖处理破坏苯硼酸与细胞膜表面糖蛋白的结合,实现了对“改造”后的细胞的无损收获。特别地,对于难转染的悬浮细胞T细胞,该平台可以实现对质粒DNA的高效传递和转染,转染效率(~80%)远远优于商品化转染试剂Lipofectamine 2000(~2.7%)和已报道的其他传递方法。同时经过糖处理收获的细胞仍保持了良好的增殖活性和传递分子的生物功能,从而有望用于下一步的基础研究或临床使用。

该研究成果以题为“A Universal Platform for High-Effciency “Engineering” Living Cells: Integration of Cell Capture, Intracellular Delivery of Biomolecules, and Cell Harvesting Function”的论文在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201906362),第一作者是博士生渠阳翠,共同通讯作者是于谦教授和陈红教授。以上研究工作得到了国家自然科学基金(21774086),国家重点研发计划项目(2016YFC1100402),江苏省自然科学基金优秀青年基金(BK20180093),江苏高校优势学科建设工程资助项目的大力支持。