Исследование появится в Интернете 8 июня в журнале Nature Communications.
Концепция sIPN существует уже более 100 лет и используется в автомобильных деталях, медицинских устройствах, формовочных смесях и конструкционных пластмассах. Общая идея состоит в том, чтобы один или несколько полимеров собирались вокруг другого полимерного каркаса таким образом, чтобы они сцепились.
Несмотря на то, что полимеры не связаны химически, они не могут быть разделены и образуют новый материал со свойствами, превосходящими простую сумму его частей.
Традиционные методы производства sIPN обычно включают производство составных частей, называемых мономерами, и их смешивание в нужных химических условиях для управления их сборкой в большие сети в процессе, называемом полимеризацией.
«Когда это работает, это фантастическая платформа, которая может включать различные функции в самособирающийся слой для биомедицинских или экологических приложений», – сказал Линчонг Ю, профессор биомедицинской инженерии в Duke. "Но этот процесс часто оказывается не таким биосовместимым, как вам хотелось бы.
Поэтому мы подумали, почему бы не использовать живые клетки для синтеза второго слоя, чтобы сделать его максимально биосовместимым?"
В новой статье Чжоцзюнь Дай, бывший постдок лаборатории You, а ныне адъюнкт-профессор Шэньчжэньского института синтетической биологии, использует платформу, которую лаборатория разрабатывала в течение нескольких лет, под названием «swarmbots», чтобы делать именно это.
Роевые боты – это живые клетки, которые запрограммированы на производство биологических молекул в своих стенках, а затем взрываются, когда их популяция достигает определенной плотности.
В этом случае они запрограммированы на производство мономеров, называемых эластиноподобными полипептидами (ELP), слитых с функциональными функциями, называемыми SpyTag и SpyCatcher. Эти две молекулярные структуры образуют систему «замок-и-ключ», позволяя ELP самособираться в полимерную цепь при смешивании. По мере роста эти полимеры сцепляются с полимерными микрокапсулами, содержащими клетки, с образованием sIPN.
Каждый мономер может содержать несколько SpyTags или SpyCatcher, а также может быть слит с белками, которые генерируют считывание или имеют определенные функции.
Это все равно, что сделать из множества крошечных браслетов-браслетов сетчатый забор, в котором есть место для застежек и амулетов.
Сначала исследователи программируют клетки так, чтобы они заполняли эту дополнительную функцию флуоресцентным белком, чтобы доказать, что система может зафиксировать их на месте.
После этой успешной демонстрации они обращают свое внимание на разработку полезной системы доставки лекарств с помощью своего нового изобретения.
«Вы можете заменить флуоресцентный маркер на что-нибудь, у кого есть функция, которую вы хотите реализовать», – сказал Ю. «Мы решили коснуться антибиотиков, потому что это одно из направлений нашей лаборатории."
Бета-лактамные антибиотики, такие как пенициллин и его производные, являются одними из наиболее часто используемых антибиотиков в мире. Они также часто используются чрезмерно и могут иметь негативные последствия, такие как уничтожение естественного микробиома, который живет в нашем кишечнике.
Чтобы продемонстрировать один из способов использования их новых клеточных sIPN, исследователи заполняют доступное место бета-лактамазой, которая может разрушать бета-лактамные антибиотики. Введя мышам новые функционализированные sIPN, исследователи показали, что платформа может медленно высвобождать короткоживущую защитную молекулу, чтобы помочь микробиомам кишечника мышей предотвратить негативные побочные эффекты антибиотиков.
«Никто раньше не использовал живые клетки в качестве фабрики для производства мономеров в режиме реального времени для sIPN», – сказал Ю. "Доказательство принципа демонстрации показывает, что мы не только можем изготавливать эти типы функциональных материалов с живыми клетками, но и они могут проявлять важные с медицинской точки зрения функции."