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生物工程红细胞

主要图像由Andrew Brumagen

一个伪装成红细胞的小海绵可以在血液中漫游,很长一段时间都不被发现。

“这是一种人工粒子,但到外面的世界,它看起来像红细胞,它表现得像红细胞一样,”生物医学工程师乔丹绿色说。

Green的Johns Hopkins大学的团队通过将塑料纳米粒子塑造成血液细胞并在由真正的细胞膜制成的斗篷中敷料来创建冒险。一旦注射到身体中,“隐形斗篷”欺骗免疫系统思考模仿是人体自己的细胞之一,所以它不会受到攻击。

伪装,模仿可以穿过血流,浸泡致命的毒素,如海绵。

红血球将氧气从肺部输送到身体。但它们还有另一个重要的作用:清除感染中的毒素。这些化学物质有时是由人体制造来对抗感染的,但如果血液中含有过多的毒素,就会淹没整个系统,导致败血症,一种致命的疾病。

增加红血球的数量,无论是真红细胞还是假红细胞,都可以加快与毒素有关的疾病的恢复时间。格林想知道他能否设计出一种类似于假血细胞的模拟粒子。它会吸收毒素,然后被免疫系统从体内清除,从而拯救生命吗?

“我们可以从大自然和生物启发材料中学习,”他说。

纳米海绵是从以前的工作在这个使用圆形粒子的研究领域。但格林希望它看起来更像一个红细胞,因为“在自然发生的事情之后进行建模技术可能会有更好的结果。”他觉得球体不是正确的形状,于是决定尝试两种形式:足球和飞盘。

他们从大自然中得到启示,设计出了与真正细胞具有相同外观和感觉的纳米海绵。他们使用了一种被称为PLGA的可生物降解聚合物,这种聚合物经常用于缝合线或缝针中,而且会自行溶解。他们将球形颗粒拉伸成与红细胞相匹配的细长形状。然后,将其涂在同样的皮肤上——老鼠的红细胞膜——以欺骗身体,使其认为模仿者属于自己。

生物工程红细胞

Copycat红细胞。除了一个球体外,绿色决定尝试两种形状:足球和飞盘。信用:约旦绿色

为了测试吸虫能力,格林将纳米海绵注射到感染了致命剂量的金黄色葡萄球菌细菌。他们发现,足球形综合型比未涂层的圆形版本循环600%,之前最终被免疫系统消化。

未治疗的小鼠在感染的几个小时内死亡,而一半治疗小鼠的长期存活(意思是在小鼠研究中,治疗后超过一周)。这项工作发表在杂志上科学推进

“效果引人注目,”绿色说,解释说,涂有膜的球形海绵延长了小鼠的寿命几个小时。但它只是小鼠在长期存活的不同形状。绿色发现,足球形的纳米分子可以最好地流过血管,持续更长,浸泡更多毒素。

生物工程红细胞

Jordan Green和Elana Ben-Akiva在Green的实验室。信用:约旦绿色

“设计表面以匹配生物学,并设计粒子及其物理性质与生物学相匹配 - 当你把它放在一起时,它会急剧强大,”绿色说。他补充说,他们的下一步努力是用红细胞匹配材料的弹性,这是非常灵活的。

宾夕法尼亚州大学的生物物理工程师讨厌宾夕法尼亚州的生物物理工程师,他们不用绿色,同意这项研究很有希望。

“它对早期的发现增加了颗粒形状影响细胞粒子相互作用和体内循环的显着明显,”令人作呕。“红细胞膜涂覆颗粒也是一种有趣的策略。”

“设计粒子及其物理性质与生物学相匹配 - 当你把它放在一起时,它会急剧强烈。”

约旦绿色

在未来,这种微小的海绵可以用于急救。例如,如果战场上的一名士兵受到了一种毒素的袭击,那么快速注射一种含有纳米海绵的血清就可以将其吸收,可能挽救他们的生命。格林说,它可以很好地工作,几乎任何东西,红细胞自然吸收,但他也可以使它更具体。此外,他还可以在核心处加入药物,一旦纳米海绵溶解,药物就会释放出来。

鉴于目前的社交隔离秩序,格林的很多实验室现在都被关闭了。但是,尽管许多研究正在暂停,格林说,他正在研究使用纳米颗粒技术来制造一种冠状病毒疫苗。与纳米海绵不同的是,这些粒子不会躲避免疫系统,而是将其标记下来,以刺激对病毒的抗体。

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