香港科技大学开发新型“智能”蛋白质水凝胶

以仿生特性而著称的水凝胶（hydrogels）是诸如药物递送、干细胞治疗等生物医学应用的主要材料。传统的水凝胶由合成聚合物或天然生物分子组成，往往用作分子或细胞的被动支架，这些材料不能完全覆盖参与生物学过程的动态信号，如细胞/组织发育。

光响应水凝胶（photo-responsive hydrogels）同时具备控制分子或细胞行为、高时空精度和小侵袭性等特点。科学家们想运用光响应水凝胶代替传统水凝胶的主要挑战是如何在保持功能的同时，有效地将这些复杂的球状蛋白质组装成超分子结构。

最近，香港科技大学的科学家们在温和条件下通过共价拼接感光体末端腺苷钴胺结合域（photoreceptor C-terminal adenosylcobalamin binding domain，CarHC）蛋白，创建了一种B12依赖光感水凝胶（B12-dependent light-sensing hydrogel）。这项将刺激-反应蛋白直接组装成水凝胶的方法，为设计“智能”生物材料提供了一个通用解决方案，为未来生物材料开发开辟了巨大机遇。

该研究结果发表在近期（6月6）的《PNAS》杂志。

“通过基因编码SpyTag-SpyCatcher化学，我们共价组装了CarHC光感受器蛋白质，创造了一个以完全重组蛋白质为基础的光感水凝胶，”文章作者、香港科技大学化学与生物分子工程系助理教授Fei Sun说。“现已证明，AdoB12-依赖CarHC四聚体是黑暗条件下形成有弹性的水凝胶的必要条件，当光诱导CarHC解体时，它可以迅速执行胶-溶胶过渡作用。”

“由此产生的水凝胶组分在光暴露中表现出快速的胶-溶胶转变，使3D培养中的3T3成纤维细胞和人骨髓间充质干细胞（hMSCs）温和地释放/复原，同时保持细胞活力，”Sun说。“创造刺激-响应‘智能’型水凝胶的需求越来越强烈，我们这种直接用刺激-响应蛋白质自组装成水凝胶的策略可作为设计动态可调生物材料的一个通用策略代表。”