AMR Account｜武汉大学张先正教授团队：活性生物材料：制备策略及生物医学应用

近日，武汉大学张先正教授团队的AMR述评文章“Living Biomaterials: Fabrication Strategies and Biomedical Applications”在线发表。文章总结了以活生物有机体为基础的活性生物材料的制备策略及其在多种疾病治疗中的应用，同时展望了该领域的应用前景和发展方向。

关键词：活性生物材料；生物医用高分子；细胞疗法；细菌疗法；功能化修饰；疾病治疗

1 文章内容简介

活生物有机体（包括细胞、细菌、微藻、酵母、病毒和植物细胞等）用于疾病治疗是当前生物医学领域前沿研究方向，有潜力解决诸多临床问题。一些生物有机体除了自我复制的生物功能外，还能在体内循环、定植、代谢和通讯，影响着人体的健康状况。这些生物有机体具有诸多先天优势，如主动疾病趋向、治疗性物质生产、病变微环境重塑及直接杀死病变细胞等作用。此外，随着生物工程技术的发展，基因编辑技术也赋予了这些生物体超出其进化范围的新的治疗特性，有助于实施精准医疗、拓宽科学研究范围。然而，当有机体遭受不适应或恶劣的环境、缺乏调节因子或生理因素时，天然或生物工程有机体可能表现出较弱的生物活性，无法充分发挥其固有或改造的生物治疗功能，需要进一步通过人工强化的方法增强其治疗效果。

随着材料科学的快速发展，多种功能材料已被开发出来。作者团队通过化学偶联、物理组装、生物工程等不同的修饰化策略将功能材料与生命基元整合，构建了多种活性生物材料，有效维持或增强生物活性，显著提高了各种疾病的治疗效果。本文中，作者主要介绍了活性生物材料制备策略和生物医学应用方面的新兴研究进展，概述了基于不同生物有机体类型的生物活性材料，如细胞、细菌、微藻、病毒、酵母以及多细胞联合体，并对不同类型有机体在功能重塑和疾病治疗方面的优势进行了系统阐述。最后，作者揭示了活性生物材料的构建和应用中目前存在的不足和挑战，并对未来的研究方向进行了展望。

图1 活性生物材料的构建策略和生物医学应用

2 AMR：请问您对该领域有何发展愿景？

作者团队：

活性生物材料具有独特的生命活性，相比于传统的惰性生物材料具有主动靶向调节性、疾病微环境适应性、治疗能力强、材料可塑性高等优点，在疾病诊断和治疗领域正凸显出巨大的潜力。我们在活性生物的构建和生物应用领域已深耕多年，开发出了多种基于不同活生物有机体的活性生物材料，并在多种重大疾病治疗应用中取得了良好的效果。鉴于活性生物材料复杂的生物活性及疾病部位独特的病理微环境特征，我们预计，开发更多具有独特治疗作用的活性生物材料及阐明活性生物材料与疾病微环境的相互作用机制将成为极具吸引力的细分研究方向。

3 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会

作者团队：

目前，基于细胞、细菌和病毒的活性生物材料发展较多，以其它生物有机体为基础的活性生物材料研究较少，如真菌细胞、植物细胞等。真菌和植物在地球上广泛分布，同样具有各种各样的生物功能，开发以真菌和植物为基础的活性生物材料可为该领域提供广阔的研究机会。

4 AMR：您认为该领域当前最值得关注/最有争议的研究热点是什么？

作者团队：

考虑到活性生物材料组成成分的复杂性，活性生物材料作用到机体后引起的生物学效应是值得关注的研究热点，这也有利于活性生物材料进一步临床转化。活性生物材料组合了功能材料与生物有机体的疾病治疗优势，为高效疾病治疗提供了研究新思路，若想进一步促进活性生物材料的转化应用，其组成、大小、形貌、电荷及材料适配性等理化性质，及与机体的相互作用机制需要全面探索了解。

作者简介

张先正，武汉大学化学与分子科学学院教授，入选国家级人才计划、国家杰出青年科学基金获得者、享受国务院政府特殊津贴。长期专注生物医用高分子的研究，积极探索高分子化学在生物材料及其在重大疾病诊断、治疗中的应用。提出了“肿瘤触发靶向”、“信封型”高分子载体设计新策略，并进一步发展了基于生命基元的“活性生物材料”，取得了系列创新成果。发表SCI论文660多篇，SCI他引39000多次，H因子108；2015年以来连续入选中国高被引学者榜单。

陈其文，中南大学化学化工学院青年教师。2021年博士毕业于武汉大学，导师为张先正教授。2021-2023年在武汉大学张先正教授课题组进行博士后研究工作。研究方向主要为通过化学、材料、生物手段对细胞基元（细胞、细菌、微藻、酵母等）进行功能化改造发展新型活性生物材料用于肿瘤、肠道炎症、肝损伤等多种疾病治疗，为生物医学领域中的重要问题提供应对新思路。

扫码阅读张先正教授团队的精彩Account文章：

Living Biomaterials: Fabrication Strategies and Biomedical Applications

Qi-Wen Chen and Xian-Zheng Zhang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00258

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