小分子水凝胶工程化的细胞及其应用

Engineering cell surface can improve the survival and proliferation of cells, which is one of key strategies for cell therapy. In this project, we plan to use the strategy of'surface-induced self-assembly' to form peptide-based molecular hydrogels at the surface of cells. We will investigate the survival and proliferation rates of cells after surface modification. We will also test whether the surface-induced hydrogelation can improve the cell survival post injection. In this project, we plan to express and purify a protein that can specifically bind to the surface of bacterials. We will synthesize gelator-protein hybrids for anchoring gelators to the surface of bacterial. The surface modified bacterial can therefore induce self-assembly of peptide gelators with similar chemical structures around their surfaces. The hydrogels at the surface of bacterial and cells will be characterized by several techniques including cryo-TEM and confocal microscopy. We will also used un-natural amino acid doping peptide gelators to control the stability of hydrogels at the cell/bacterial surfaces. The aims in this project are forming molecular hydrogels at different kinds of biological individules and provide useful strategies for cell therapy, anti-bacterial therapy, anti-viral therapy, etc.

表面工程化策略可提高细胞的存活和增殖率，是细胞治疗的关键手段之一。本研究计划基于前期结果，拟采用"表面诱导自组装"策略在细胞表面形成多肽小分子水凝胶。随后考察小分子水凝胶包裹的细胞的生长状态和增殖率，同时研究表面凝胶化的细胞注射后存活率是否能得到提高。课题组还将表达能与细菌表面特异性结合的蛋白质，通过与多肽凝胶因子化学反应后形成"蛋白-多肽凝胶因子"复合物。随后用于特异性地修饰细菌表面，使细菌表面带上多肽成胶因子，再通过"表面诱导自组装"策略特异性地在细菌表面形成小分子水凝胶，考察对细菌生长和存活的影响。课题组将采用冷冻透射电镜、激光共聚焦显微镜等多种技术手段证实小分子水凝胶在细胞和细菌表面的形成，并且采用非天然氨基酸调控多肽小分子水凝胶的稳定性。课题目标是实现细胞、细菌等生物个体的表面凝胶化，为细胞治疗、抗菌、抗病毒等领域提供新思路。

本研究计划拟采用“表面诱导自组装”策略在细胞、细菌等生物个体表面形成自组装多肽纳米结构或水凝胶，考察自组装多肽修饰后的细胞和细菌的生长状态和增殖率；同时探索表面诱导多肽自组装在细菌检测、组织工程等领域的应用。在2014-2017年间，项目组发展了系列新型的荧光分子探针，降低了荧光探针的背景信号并提高了检测灵敏度，为新型荧光分子探针的设计提供了新思路；同时，发展了一种新型的修饰细胞膜的方法，能使用活性多肽和活性蛋白修饰细胞膜，为细胞治疗提供了一种新策略；将生物界面诱导多肽自组装技术应用到了细菌和酶检测等方面，能检测并抑制细菌，同时能灵敏的检测生物样品里的酶浓度，为新型检测方法的构建提供了新策略。项目执行期间一共发表了标注该基金项目的SCI收录论文14篇，包括1篇Angew Chem Int Ed，1篇邀请综述Chem Soc Rev，1篇Adv Funct Mater以及多篇分析化学一流刊物Anal Chem；培养了自组装多肽研究方面的多名优秀人才，包括6名博士毕业生，其中4名加入国内高校或者科研院所继续从事科学研究，2名继续从事博士后；项目负责人2016年入选第十三届天津市“青年科技奖”、2015年入选国家万人计划“青年拔尖人才支持计划”、2014年获得天津市自然科学一等奖（第一完成人）。