[发明专利]细胞膜动态功能化的方法

说明书

本发明涉及一种细胞膜动态功能化的方法，反应活性高的二硫化物质，在生理环境下，与细胞膜表面巯基发生交换反应，对细胞膜进行动态功能化，获得细胞膜被材料工程化的细胞。与现有技术相比，本发明对细胞膜进行功能化过程适用于不同细胞类型，整个过程具有很高细胞相容性，且所使用的反应活性高的二硫化物质在一段时间后可以自行降解，有效避免对细胞功能的长期影响。该技术可暂时调控细胞的功能如增殖，周期，内吞效率，在细胞命运及功能调控上具有广泛应用前景。

技术领域

本发明属于生物化学技术领域，尤其是涉及一种细胞膜动态功能化的方法。

背景技术

细胞膜作为细胞结构上的边界——由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成，不仅是维持细胞与周围相对独立环境的天然屏障，也是保证细胞与周围环境进行复杂物质、能量、信息交换的智能门户。细胞膜本身就是一项难以媲美的复杂、精密、动态、有序又无序的分子工程。细胞膜结构的动态性及生物功能特性为细胞膜大分子工程提出的挑战是共性的关键技术问题。由于细胞结构始终处于动态变化中，构筑不够充分容易被细胞直接内吞，过度构筑又容易导致意料之外的细胞功能伤害，甚至凋亡。尽管如此，科研工作者的努力不断克服困难，发展了系列策略。

最近，Langer在前瞻性综述中预测“Living Biomaterials”将成为未来发展方向。此外，细胞膜大分子工程有望回答诸多细胞应用相关技术瓶颈问题。因此，无论从基础还是应用研究的角度考虑，自然与人工工程的联姻凸显重大科学与技术价值。目前，细胞膜工程在调控细胞疫原性、迁移性、粘附性，提高细胞抗恶劣环境能力，控制细胞代谢，装配人工受体，组装细胞群，辅助刺激细胞功能，清除环境重金属，诱导干细胞分化，功能分子递送等方面取得较大进展。目前细胞膜工程化主要思路是利用细胞膜的物化属性，主要包括细胞膜的负电性，蛋白富含的羧基、氨基、巯基，对细胞膜进行结构修饰，以期达到调控行为的目的(Exp Biol Med.2016；241:1098-106)。基于阳离子高分子与荷负电细胞膜的静电作用进行包覆的方法使用较多，相对较成熟。例如基于静电吸附，在细胞表面沉积聚赖氨酸与抗坏血酸高分子层，及明胶与海藻酸钠层(Chemnanomat.2016；2:376-84.)。该策略效率高，可精确控制高分子层数，但受限于阳离子高分子本身的毒性，难以发挥更大影响。基于羧基氨基缩合反应，巯基与马来酰亚胺基团的加成反应进行化学修饰也被广泛使用。例如，利用胰岛细胞表面氨基与活性酯反应在胰岛细胞表面修饰上PEG层，可帮助抑制其免疫反应，有利于胰岛移植的成功。

为应对一些极端环境(热、干燥、辐射、化学等)，芽孢杆菌会临时形成一层坚固的保护性胞芽，主要由肽聚糖构成。胞芽会之后瓦解，细菌重新回到正常生理状态。(AccountsChem Res.2016；49:792-800)细胞膜大分子工程也可起到类似保护作用，然而，较少研究对如何瓦解进行针对性设计。这关系完成工程使命后的“善后”问题——避免细胞膜上人工结构持续存在的影响。这在很多场合下至关重要，因为多数时候调控是暂时性的。例如，通过干细胞表面工程调控干细胞分化并不希望分化后携带工程所引入的材料。靶向递送中，细胞趋化靶向组织后也希望表面携带的功能材料脱落渗入组织发挥作用。

发明内容

针对上述瓦解进行针对性设计，本发明提出一种细胞膜动态功能化的方法，本发明基于二硫键与细胞膜表面共价键合，对其细胞膜进行动态功能化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种细胞膜动态功能化的方法，反应活性高的二硫化物质，在生理环境下，与细胞膜表面巯基发生高效的交换反应，对细胞膜进行动态功能化，获得细胞膜被材料工程化的细胞。

所述反应活性高的二硫化物质选择以下物质中的一种或多种：

(1)只含有自由巯基的物质，与具有活化巯基的物质活化反应后，形成的反应活性高的二硫化物质；

(2)不含自由巯基但含有二硫键的物质，经可打断二硫键的物质打断二硫键，获得自由巯基，再与具有活化巯基的物质活化反应后，形成的反应活性高的二硫化物质；