美國研究人員開發(fā)出一種新技術(shù)，將基因工程與高分子化學(xué)相結(jié)合，利用活體生物復(fù)雜的細(xì)胞結(jié)構(gòu)來構(gòu)建功能性生物電子材料——一種導(dǎo)電聚合物。研究人員表示，利用這一技術(shù)，將來科學(xué)家或能在活體系統(tǒng)中創(chuàng)建形形色色的功能性合成結(jié)構(gòu)與物質(zhì)，從而顯著提高生物電子醫(yī)學(xué)的治療潛力。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上。

與利用激光脈沖調(diào)節(jié)神經(jīng)元行為的光遺傳學(xué)類似，新興的生物電子醫(yī)學(xué)試圖利用電刺激來產(chǎn)生細(xì)胞或器官的特異性效應(yīng)。這一技術(shù)的臨床應(yīng)用范圍廣闊，即可用于舒緩疼痛，也可用于促進(jìn)組織再生。但電刺激很難靶向特定細(xì)胞，常會(huì)影響大量、多樣的細(xì)胞群或脫靶組織成分，從而產(chǎn)生不良副作用。迄今為止還沒有什么方法能夠構(gòu)建具有細(xì)胞類型特異性的電活性聚合物，讓有針對(duì)性地利用電場(chǎng)和電刺激手段變得很困難，這限制了生物電子醫(yī)學(xué)發(fā)展。

在新研究中，美國斯坦福大學(xué)研究人員利用活細(xì)胞生物合成機(jī)制，開發(fā)出基因靶向的化學(xué)組裝法。他們首先對(duì)目標(biāo)細(xì)胞進(jìn)行基因重組，向特定神經(jīng)元中添加了一種叫作APEX2的酶；然后將實(shí)驗(yàn)組織浸在含有少劑量過氧化氫和分子原料的溶液中。過氧化氫與帶有APEX2酶的神經(jīng)元相互作用，會(huì)引發(fā)一系列的化學(xué)反應(yīng)，將原料分子熔合在一起，最終形成具有絕緣或?qū)щ娞匦缘木酆衔?。電生理和行為分析證實(shí)，這一新技術(shù)不僅能保留神經(jīng)元的存活能力，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)膜性質(zhì)的重塑和細(xì)胞類型特異性行為的調(diào)節(jié)。

研究人員指出，他們的新技術(shù)將細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)榱嘶瘜W(xué)工程師，使其能夠使用科學(xué)家提供的材料來構(gòu)建特定的功能聚合物。他們將繼續(xù)探索這種技術(shù)，希望未來能夠通過不同的化學(xué)信號(hào)在活體系統(tǒng)中創(chuàng)建各種復(fù)雜的功能性結(jié)構(gòu)和材料。