近日，化学与生命科学学院汪联辉教授、丁显光教授与新加坡国立大学合作，在合成生物学与无线生物电子领域取得进展。相关成果以“Mechanoelectronic stimulation of autologous extracellular vesicle biosynthesis implant for gut microbiota modulation”为题发表在国际学术期刊Nature Communications上。重点实验室汪联辉教授、丁显光教授和NUS David Tai leong为共同通讯作者，青年教师万双双为论文第一作者，杨文静教授给予大力支持。
近年来，以外泌体为代表的细胞外囊泡受到医药行业的广泛关注。作为细胞分泌的天然纳米材料，其内富含丰富的核酸，蛋白等组分，在生理稳态的维持、病理发生和发展过程中起着重要作用。团队前期对这类生物信息材料的成分解析、有效利用进行了系列研究和分析（Anal. Chem. 2022, 14794; Adv. Sci. 2023，2204814; ACS Nano 2024, 9613）。然而，虽然外泌体在医疗大健康领域受到广泛青睐，吸引包括罗氏、武田、礼来在内的诸多制药巨头纷纷进场布局，如何规模化、批量获取这类生物活性的纳米级囊泡依然极具挑战，并且成为限制其产业化、临床转化的痛点。
针对以上难题，团队从细胞生物信息学角度出发，发展了一种无线生物电子学技术，通过给予细胞力学信号刺激，控制目的细胞大量生产外泌体（称之为细胞按摩技术-iMASSAGE）。该技术的特点与优势是：（1）与目前常规的通过扩大细胞培养量来实现外泌体获取量提升的方法相比，iMASSAGE技术无需通过增加细胞量，而是通过提升每个细胞的生产效率，来实现外泌体产量的提升；（2）该技术使用无线生物电子器件，能够远程控制器件内的细胞生产外泌体。因此，可以进一步植入体内病变区，通过电子设备按需控制体内外泌体生产，满足潜在个体治疗的需求；（3）基于体内病变区原位生产和释放治疗性外泌体的技术，可以避免常规静脉或系统给药导致的体液循环消耗和脱靶效应，增强局部有效治疗浓度；（4）通过特定细胞的在体原位外泌体可控生产，该技术有可能为探索体内细胞与细胞、细胞与肠菌、肿瘤菌群间的跨物种生物信息交流提供工具。
基于“细胞按摩”技术的外泌体促生物合成与植入式无线电子
该工作得到了国家自然科学基金，江苏省前沿引领技术基础研究专项、有机电子与信息显示国家重点实验室主任基金等项目的支持。
（撰稿：丁显光 编辑：常永正 审核：赖文勇）