华东理工大学张隽佶副教授团队Angew：光响应水凝胶助力纳米管实现单细胞精准药物递送

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细胞是生物结构与生理功能的基本单位，是各项生命进程的重要参与者。单细胞研究对于科学家理解细胞内分子作用机制、生物体生理、病理进程均有重要意义。随着微流控平台与原子力显微镜的助力发展，单细胞研究在当今科研界如火如荼。如今，纳米管技术的开发更为单细胞活动机制探索提供了原位研究平台，即纳米管刺穿活细胞的细胞膜进行药物释放或样品提取，对单细胞研究起到了进一步的促进作用。但是，纳米管注入依赖于电压操作损伤细胞以及操作过程中高浓度盐、有机溶剂干扰生物微环境等局限性也制约着其在单细胞研究领域的发展。

近日，华东理工大学张隽佶副教授团队将光控水凝胶引入纳米管单细胞操作系统，开发了一类新型光控单细胞微创注入新方法，即以非侵入、无污染的光作为纳米管单细胞操控的驱动力，实现单细胞药物递送，解决了传统电压操作、高浓度盐、有机溶剂损伤细胞的问题。该方法在实现高效、精准、定量药物递送的同时，大幅降低注入操作对细胞造成的损伤（细胞存活率>90%）。

为了实现非电压注入，研究人员在纳米管内引入了一种可以实现快速固液转化的光响应水凝胶。该水凝胶通过L-苯丙氨酸（LPF）与二噻吩乙烯光致变色衍生物（DTEc）共组装制备，在无光照条件下该凝胶可稳定存在两个月以上，而在可见光（λ>600 nm）的照射下凝胶内部的共组装结构遭到破坏，会迅速（1分钟内）由凝胶态转化为液态。在纳米管的限域空间内，相变带来的体积变化形成管内外压差，从而推动纳米管内的药物进入细胞，实现该水凝胶/纳米管体系的光动力注入。结合控制实验与理论计算，研究人员发现在光照后的短时间（250 s）内，纳米管注入量与注入时间呈线性关系，从而为实现药物的定量精准递送提供了基础。

在此基础上，研究人员对不同细胞系（Macrophages, A549）进行了光控药物的定量注入，并实现了不同细胞系生命进程的可控调节。光响应水凝胶/纳米管体系单细胞操控新方法成功实现单细胞的微创、精准调控，为单细胞研究及精准诊疗提供了新的思路。

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202013011

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