香港科技大學開發新型「智能」蛋白質水凝膠

以仿生特性而著稱的水凝膠（hydrogels）是諸如藥物遞送、幹細胞治療等生物醫學應用的主要材料。傳統的水凝膠由合成聚合物或天然生物分子組成，往往用作分子或細胞的被動支架，這些材料不能完全覆蓋參與生物學過程的動態信號，如細胞 / 組織發育。

光響應水凝膠（photo-responsive hydrogels）同時具備控制分子或細胞行為、高時空精度和小侵襲性等特點。科學家們想運用光響應水凝膠代替傳統水凝膠的主要挑戰是如何在保持功能的同時，有效地將這些複雜的球狀蛋白質組裝成超分子結構。

最近，香港科技大學的科學家們在溫和條件下通過共價拼接感光體末端腺苷鈷胺結合域（photoreceptor C-terminal adenosylcobalamin binding domain，CarHC）蛋白，創建了一種 B12 依賴光感水凝膠（B12-dependent light-sensing hydrogel）。這項將刺激 - 反應蛋白直接組裝成水凝膠的方法，為設計「智能」生物材料提供了一個通用解決方案，為未來生物材料開發開闢了巨大機遇。

該研究結果發表在近期（6 月 6）的《PNAS》雜誌。

「通過基因編碼 SpyTag-SpyCatcher 化學，我們共價組裝了 CarHC 光感受器蛋白質，創造了一個以完全重組蛋白質為基礎的光感水凝膠，」文章作者、香港科技大學化學與生物分子工程系助理教授 Fei Sun 說。「現已證明，AdoB12- 依賴 CarHC 四聚體是黑暗條件下形成有彈性的水凝膠的必要條件，當光誘導 CarHC 解體時，它可以迅速執行膠 - 溶膠過渡作用。」

「由此產生的水凝膠組分在光暴露中表現出快速的膠 - 溶膠轉變，使 3D 培養中的 3T3 成纖維細胞和人骨髓間充質幹細胞（hMSCs）溫和地釋放 / 復原，同時保持細胞活力，」Sun 說。「創造刺激 - 響應『智能』型水凝膠的需求越來越強烈，我們這種直接用刺激 - 響應蛋白質自組裝成水凝膠的策略可作為設計動態可調生物材料的一個通用策略代表。」

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