發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 10:48

　　 自然界中,大部分的生物細(xì)胞的行為與細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的表面緊密相關(guān),細(xì)胞行為都直接或間接地由細(xì)胞表面與外部環(huán)境的界面進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)。利用化學(xué)的方法將細(xì)胞表面工程技術(shù)引入到細(xì)胞表面,為細(xì)胞設(shè)計(jì)一件相容性較好的“納米人工細(xì)胞壁”被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的生物技術(shù)。在包覆后的細(xì)胞中,細(xì)胞與人工細(xì)胞壁的結(jié)合顯著地提高了細(xì)胞在惡劣環(huán)境中的生存能力和穩(wěn)定性,并擴(kuò)展了這種細(xì)胞核殼結(jié)構(gòu)在細(xì)胞催化、細(xì)胞傳感器、細(xì)胞治療、組織工程等方面的應(yīng)用。同時(shí),細(xì)胞表面的任何變化都會(huì)不可避免地導(dǎo)致細(xì)胞功能的改變,所以,本論文根據(jù)不同細(xì)胞模板的需求對(duì)人造細(xì)胞壁進(jìn)行了不同的設(shè)計(jì)合成,通過調(diào)控人工細(xì)胞壁與細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境、細(xì)胞外部環(huán)境的協(xié)同作用,來挖掘細(xì)胞核殼結(jié)構(gòu)潛在的功能性。具體研究內(nèi)容如下:以蛋白質(zhì)微膠囊為包覆模板,通過層層自組裝技術(shù)將金屬螯合復(fù)合物(TA-Fe~(3+))人工細(xì)胞壁包覆在蛋白質(zhì)微膠囊表面。在真空干燥的條件下,TA-Fe~(3+)殼層的成功包覆使微膠囊可以維持原有的形狀,其包覆前后微膠囊表面的楊氏模量由0.95 GPa增加到1.84 GPa,有效地提高了蛋白質(zhì)微膠囊表面的機(jī)械強(qiáng)度,當(dāng)外部環(huán)境存在蛋白水解酶及小分子還原劑時(shí),這層殼層可以對(duì)膠囊起到保護(hù)防御的作用,抵抗外環(huán)境物質(zhì)的破壞。通過加入乙二胺四乙酸(Ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA),可以調(diào)控人工細(xì)胞壁的形成與降解,進(jìn)而調(diào)控蛋白質(zhì)微膠囊內(nèi)部裝載的DNA進(jìn)行有效地釋放。同時(shí),包覆富集大量電荷的人工細(xì)胞壁,可以通過與底物之間的靜電作用調(diào)控蛋白質(zhì)微膠囊外膜的透性,進(jìn)而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)微膠囊內(nèi)部裝載堿性磷酸酶(Alkaline phosphatase,ALP)的活性。由于人工細(xì)胞壁中單寧酸(Tannic acid,TA)的引入,使得TA-Fe~(3+)人工殼層具有一定的抗氧化性,可以有效地消除2,2-聯(lián)氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽自由基(2,2'-Azinobis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate)~+,ABTS~+)等。通過對(duì)無生命的蛋白質(zhì)微膠囊表面人工細(xì)胞壁的構(gòu)筑研究,為后續(xù)在活細(xì)胞表面構(gòu)筑人工細(xì)胞壁及功能調(diào)控等方面奠定了基礎(chǔ)。接下來,選擇有生命的酵母細(xì)胞為模板進(jìn)行包覆,結(jié)合原位形成團(tuán)聚體微液滴技術(shù)在細(xì)胞表面包覆由氨基化的牛血清白蛋白(BSA-NH_2)與羧基化的葡聚糖(Dextran-COOH)構(gòu)筑的雙組分人工細(xì)胞壁,通過二乙酸熒光素-碘化丙啶(3,6-Diacetoxyfluoran-Propidium Iodide,FDA-PI)雙熒光染色法測試了其團(tuán)聚體包覆技術(shù)對(duì)細(xì)胞活性的影響可以忽略不計(jì)。這層團(tuán)聚體微液滴人工細(xì)胞壁不僅可以保護(hù)酵母細(xì)胞免受大腸桿菌(E.coli)干擾、抵抗銀納米顆粒(AgNPs)的入侵,而且可以延長細(xì)胞的保存時(shí)間到2個(gè)月以上。此外,該人工細(xì)胞壁賦予了酵母細(xì)胞一定的捕集能力,使其可以主動(dòng)地從溶液中捕獲營養(yǎng)物質(zhì)或功能性物質(zhì)(H_2O_2、Fe_3O_4)等,進(jìn)而使其包覆后的細(xì)胞具有多重功能性。此外,這層由生物分子構(gòu)成的團(tuán)聚體殼層可以維持細(xì)胞活性,使包覆后的細(xì)胞可以繼續(xù)增殖,并且將團(tuán)聚體殼層延展到子代細(xì)胞,能夠保護(hù)到第三代子代細(xì)胞免受E.coli的干擾。除了該人工細(xì)胞壁對(duì)包覆細(xì)胞的多重保護(hù)功能作用外,為進(jìn)一步探究其與細(xì)胞的功能協(xié)同性,最后,我們選擇了具有光合作用的蛋白核小球藻細(xì)胞為模板進(jìn)行研究,并采用聚多巴胺(Polydopamine,PDA)和漆酶(Laccase)作為構(gòu)筑基元包覆于細(xì)胞表面。當(dāng)體系中加入底物單寧酸時(shí),單寧酸會(huì)快速地吸附在漆酶-聚多巴胺@細(xì)胞表面,構(gòu)筑了一種類似于三明治的夾層結(jié)構(gòu)。特別之處在于漆酶的耗氧反應(yīng)被夾雜在構(gòu)筑外層的中間,當(dāng)消耗光合作用產(chǎn)生的氧氣與線粒體呼吸消耗的氧氣達(dá)到平衡時(shí),使每個(gè)小球藻細(xì)胞周圍處于獨(dú)立的厭氧環(huán)境,從而誘導(dǎo)其細(xì)胞由光合產(chǎn)氧轉(zhuǎn)變?yōu)楣夂袭a(chǎn)氫。并通過調(diào)控體系中底物單寧酸的濃度,實(shí)現(xiàn)了對(duì)包覆后的細(xì)胞光合產(chǎn)氧與光合產(chǎn)氫的功能相互轉(zhuǎn)換調(diào)控。由于該人工細(xì)胞壁對(duì)光系統(tǒng)II(photosystem II,PSII)的活性影響很小,從而顯著地提高了產(chǎn)氫速率(0.32μmol H_2 h~(-1)(mg chlorophyll)~(-1))及產(chǎn)氫時(shí)間(7天)。這一策略也為調(diào)節(jié)細(xì)胞功能和潛在的綠色能源替代發(fā)展提供了一條有效的途徑。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：Q241
【部分圖文】：

以擴(kuò)大這種細(xì)胞核殼結(jié)構(gòu)在細(xì)胞催化、細(xì)胞方面的潛在應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的包覆方法對(duì)殼化后試圖通過人工細(xì)胞壁模仿自然發(fā)生的孢子形成過應(yīng)和動(dòng)態(tài)特性等。因此，細(xì)胞的納米包覆技術(shù)為新的途徑，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的多功能化，并提升其應(yīng)用

光合活性（圖 1-2）[22]。然而，這種固載細(xì)胞的技術(shù)存在一定的局限性，由于塊體材料使其包覆后細(xì)胞處于空間限制導(dǎo)致細(xì)胞無法正常的進(jìn)行分裂生長，嚴(yán)重影響細(xì)胞的生長周期，并且環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)以及細(xì)胞內(nèi)外的信號(hào)分子得不到有效地傳輸，細(xì)胞之間的群體感應(yīng)也被隔斷等。相比于細(xì)胞固載技術(shù)，反應(yīng)條件溫和、過程簡單的單細(xì)胞納米殼層包覆已成為細(xì)胞工程技術(shù)研究的重點(diǎn)方向[23-26]。

核殼結(jié)構(gòu)[31]。值得一提的是，在活細(xì)胞表面形成機(jī)械耐用的納米殼層為操縱細(xì)胞活動(dòng)和生理代謝提供了方便的化學(xué)工具，并使包覆后細(xì)胞在體外對(duì)有害物質(zhì)具有更強(qiáng)的抵抗力[32, 33]。從 2000 年開始至今，人們對(duì)單細(xì)胞納米封裝技術(shù)的興趣呈增長趨勢（圖 1-3），并得到了很多突出的成果，使其細(xì)胞的納米核殼結(jié)構(gòu)從細(xì)胞治療和再生醫(yī)學(xué)到生物催化及可持續(xù)能源等，具有多種多樣的實(shí)際應(yīng)用[34-36]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 藍(lán)虹云;雷福厚;藍(lán)柳柳;韓金華;李中華;;漆樹漆酶催化單寧酸的氧化反應(yīng)研究[J];化學(xué)與生物工程;2006年08期

本文編號(hào)：2868469