大发体育彭海生教授课题组在国际顶级期刊《Chemical Reviews》报道人工细胞研究方向的最新进展

　　近日，大发体育医学院彭海生教授课题组联合美国爱荷华州立大学Wang Qun教授课题组，在生物材料与合成生物学领域国际顶级期刊《Chemical Reviews》（SCI一区TOP期刊，IF 51.4），发表了重要综述文章《Biomimetic Materials to Fabricate Artificial Cells》，其中彭海生教授是论文的第一作者和通讯作者，大发体育是第一完成单位。

　　细胞被认为是生命的基础，是一个高级的微反应器，具有复杂的结构和功能。科学家受到自然生物体的启发，试图从自然生物物质中解脱出来，在体外重建人工细胞。人工细胞可能为研究生命起源、细胞工程、生物技术、药物递送、生物传感器和生物修复等领域提供独特的方法。尽管人工细胞的研究已经有一个多世纪的历史，但创造一个具有“生命”的人工细胞仍然是一个挑战。

　　研究团队聚焦于自下而上的策略在人工细胞构建中的应用，从简单的细胞支架到多室系统，从功能模块构建到关键代谢行为的模拟，甚至是通信网络的仿生。强调了人工细胞作为连接材料工程和生命科学的桥梁，为开发各种生命启发的组装材料提供了理论基础。

　　图1展示了典型合成细胞不同支架的结构示意图，包括不同磷脂质自组装形成的脂质体、脂肪酸自组装形成的囊泡、聚合物体的形成、无膜凝聚体结构的自组装过程，以及功能化的胶体囊泡策略，这些结构为人工细胞的设计和功能实现提供了多样化的材料和方法。

图1 常见仿生支架的系统

　　图2详细描绘了通过乳液法制备具有层状结构的囊泡，以及通过不同策略制备聚合物空心球囊的过程，其中包括利用密度差异、界面聚合和表面引发的原子转移自由基聚合（ATRP）等技术，这些方法为构建具有特定功能的人工细胞提供了多样化的材料和结构基础。

图2 具有层状结构的囊泡的制备方法，以及聚合物空心球囊的制备

　　图3展示了人工细胞在不同领域的应用，包括作为纳米反应器、人工器官、治疗性纳米反应器以及合成生物学的生物反应器。这些人工细胞能够模拟自然细胞的功能，如信号传输、物质交换和能量转换，为生物医学、药物递送、组织工程和环境科学等领域提供了新的研究工具和治疗方法。

图3 人工细胞的应用

　　图4展示了人工细胞在模拟自然细胞行为方面的高级仿生行为，包括群体感应、捕食行为和机械化学行为。这些行为不仅体现了人工细胞在结构和功能上对自然细胞的模拟，而且揭示了人工细胞在生物医学应用中的潜力，如通过群体感应进行细胞间通信、模拟捕食行为实现特定细胞的选择性破坏以及通过机械化学行为响应外部刺激。这些研究进展表明，人工细胞技术正在向更复杂和动态的生物模拟系统发展，为未来的生物技术和医学治疗提供了新的可能性。

图4人工组织的高级仿生行为

　　研究团队概述了人工细胞领域的最新进展，从简单的细胞支架到复杂的多室系统，再到细胞骨架设计的仿生策略，以及这些结构在模拟关键代谢行为、信息处理、环境适应性乃至人工智能和机器人技术应用中的功能性构建。研究团队还概述了人工细胞在药物递送、组织工程和合成生物学中的潜在应用，并讨论了该领域面临的挑战和未来的发展方向，强调了人工细胞作为连接材料工程和生命科学的桥梁，对于理解生命现象和开发新型生物医学技术的重要性。

　　这篇综述期望材料化学与生命科学有效融合，为解析细胞生命的复杂性提供思路。未来，随着研究的进一步深入，人工细胞将在多个领域发挥越来越重要的作用。（文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.4c00241）

　　团队近期发表和具有代表性的相关文章

　　1. Yue Hao, Yinchun Su, Yifan He, Wenyuan Zhang, Yang Liu, Yu Guo, Xingfan Chen, Chunhan Liu, Siyu Han, Buyi Wang, Yushuang Liu, Wei Zhao, Lili Mu, Jinghua Wang, Haisheng Peng*, Junwei Han*, Qingfei Kong*. Impaired cerebral microvascular endothelial cells integrity due to elevated dopamine in myasthenic model J Neuroinflammation. 2024, 21(1):10.

　　2. Dan Su, Zhong Chen, Xiaobin An, Junkai Yang, Jinan Yang, Xuqiao Wang, Yang Qu, Chen Gong, Yani Chai, Xiaoying Liu, Wei Cheng, Dongyang Wang, Yan Wu, Jing Ma, Xinyue Zhao, Qin Wang, Yun Xu*, Haisheng Peng*, Jing Ai* MicroRNA-195 liposomes for therapy of Alzheimer's disease J Control Release. 2024, 365: 583-601

　　3. Wenyuan Zhang?, Man Zhao?, Yali Gao?, Xu Cheng, Xiaoying Liu, Shukun Tang, Yanbo Peng, Na Wang, Dandan Hu, Haisheng Peng*, Jinqiu Zhang*, and Qun Wang*. Biomimetic erythrocytes engineered drug delivery for cancer therapy. Chemical engineering journal. 2022, 433: 133498.

　　4. Shukun Tang?, Zahra Davoud?, Guangtian Wang?, Zihao Xu, Tanzeel Rehman, Aleksander Prominski, Bozhi Tian, Kaitlin M. Bratlie, Haisheng Peng*, and Qun Wang*. Soft Materials as Biological and Artificial Membranes. Chemical society reviews. 2021, 2021, 50(22): 12679-12701.

　　5. Meifang Liu, Minghui Li, Shouli Sun, Baixin Li, Dan Du, Jialiang Sun, Fangyuan Cao FY, Haichun Li, Feng Jia, Tianfu Wang, Naidan Chang, Hui Yu, Qun Wang, and Haisheng Peng*. The use of antibody modified liposomes loaded with AMO-1 to deliver oligonucleotides to ischemic myocardium for arrhythmia therapy. Biomaterials. 2014; 35(11): 3697-3707.

　　作者简介

　　第一作者/通讯作者：彭海生教授

　　彭海生，药剂学教授，神经生物学博士、心血管药理学/材料学博士后。2013年赴美国ISU与导师王群开展新材料合成、小肠类器官研究。2008年-2022年在哈尔滨医科大学大庆校区药学院工作。2022年被大发体育以D类人才引进到医学院工作。现为世界医药联合会理事/中药药剂专业委员会理事、医药高等教育创新实验教材建设委员会副主任委员、黑龙江省生物医学工程协会理事；中国医药导报等杂志编委; 为ACS nano，Biotechnology Advances，Bioactive Materials 等高水平杂志审稿专家。为NSFC一审专家、教育部硕士论文函审专家、广西省重大仪器设备评审专家、黑龙江省省重大项目评审专家、中华医学会奖评审专家、北京市青年/面上基金评审专家、京津冀地区联合基金评审专家。主持指导NSFC等项目24项科研经费350万元；发表论文SCI收录60篇（最高影响因子为54.564，单篇引用超过400次）；获黑龙江省政府自然科学成果奖等奖励13项，出版教材专著7部，智慧树在线课程2项（分子药剂学为全国首家，课程负责人，入选学习强国平台）。先后协助企业获得新药临床批件4项、合作获得新药证书1项：盐酸舍曲林胶囊（国药证字H20051808），保元合剂（黑药制备字Z2020047000）等10个院内制剂获得批号。申报专利11项，授权9项。培养博士/硕士50人。

　　通讯作者：王群教授

　　王群为美国爱荷华州立大学化学与生物工程系教授。王教授的实验室专注于仿生材料和纳米技术来调控类器官以及细胞功能行为。目前，王教授关注于类器官的组织工程和再生医学、生物材料介导的类器官和干细胞重编程用于药物发现，以及类器官和细胞介导的药物递送。他在科学期刊上发表了104篇经过同行评审的手稿，他的H指数为63。

编辑：赵晗宇　严许媖