【综述】Nature Materials：合成生物学和生物材料设计之间的活体界面

‍‍合成生物学打破了非生命化学物质和生命物质之间的界限，为新型材料的开发提供了新的技术。同时，对软凝聚态物质、聚合物和生物材料的研究为合成生物学领域的拓展提供了新的途径。这种令人兴奋的应用前景对解决医学、生物技术和可持续性发展领域的挑战具有重大意义。尽管在合成生物学和生物材料之间存在着潜在的变革性影响，但到目前为止，这两个领域的发展基本上是分开的。

鉴于此，来自美国加州斯坦福大学的Ovijit Chaudhuri研究团队回顾了合成生物学和生物材料的领域现状，讨论了活体界面的进展工作，重点概述了这些领域交叉融合的可能行，并深入剖析了这一领域面临的挑战。最后，作者认为通过赋予材料类似生命的特性，科学家们将取得当前无法预见的突破性进展，这将从根本上改变许多科学领域的基础和应用研究。该综述以题为“The living interface between synthetic biology and biomaterial design”发表在顶刊《Nature Materials》上。

关于合成生物学前沿技术，作者介绍了基于细胞的技术、免细胞生物学和合成细胞、具有新功能的合成受体，以及机器学习和实验室自动化在合成生物学中的应用（图1）。关于合成生物学前沿技术，作者介绍了对生物材料固有特性的控制、刺激响应型动态生物材料、多相生物材料及其表征、下一代生物材料和通过合成生物学定制生物材料等内容（图2）。到目前为止，这两个领域的发展基本上是分开的。作者指出若将这两个领域融合来创造活体材料，使得材料不仅可以调控细胞行为，同时可以感受细胞信号并作出反馈，实现材料的功能特性。

图1 合成生物学的可编程性

图2 生物材料的可设计性

对主要领域的展望：

1、在医学领域，作者认为设计细胞使其作为具有闭环控制性能的药物递送载体，以及通过工程细胞的分层组装来创制人工器官将是活体界面在该领域的重大突破。

2、在生物技术领域，作者预计活体界面将加速疫苗的生产和交付。此外，活体界面可与动态、刺激响应和“计算的”生物材料相结合，体现材料的非生物进化。

3、在可持续性发展领域，作者设想了许多可能性，从基于细胞或合成细胞的可分解材料到能够自主感知、响应和再生的活体材料。

文章来源：

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01231-3

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