科技日?qǐng)?bào)記者 陳曦

工程微生物作為一種“生物活藥”，能夠被用于腸道炎癥、代謝疾病等多種疾病的防治，是目前生物療法中的研究熱點(diǎn)。近日，天津大學(xué)王漢杰教授、孫韜和劉奪副研究員針對(duì)工程微生物皮膚修復(fù)應(yīng)用中，難以長(zhǎng)期維持生物功能的難題，設(shè)計(jì)了一種水凝膠包裹的光自養(yǎng)工程微生物菌群“生物活藥”。該菌群中包含光自養(yǎng)的工程聚球藻PCC7942和異養(yǎng)的工程乳酸乳球菌，兩種工程微生物構(gòu)成了一種共生的工程菌群，可以在表皮持久發(fā)揮治療功能。該研究為工程微生物在皮膚長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)揮功能提供了一種新策略，相關(guān)成果近日發(fā)表在國(guó)際期刊《ACS應(yīng)用材料與界面》上。

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“生物活藥”為何難應(yīng)用于皮膚

工程微生物是指通過合成生物學(xué)技術(shù)改造后，能夠執(zhí)行特定功能（如分泌藥物，感知疾病信號(hào)）的微生物。工程微生物作為一種“活著的藥物”，能夠被用于治療腸道炎癥、代謝疾病等，因此在治療過程中保證工程微生物的活性是治療的關(guān)鍵。

水凝膠具有良好的附著性能和多孔隙的特點(diǎn)，研究人員通常將工程微生物包裹在水凝膠材料中，以保證工程微生物更好地發(fā)揮功能。

改造后的工程微生物經(jīng)水凝膠包封后作為一種生物活藥，可以分泌治療蛋白并用于多種疾病的治療，包括腫瘤、腸炎或皮膚疾病等。

然而，當(dāng)這種生物活藥被用于皮膚時(shí)，由于皮膚表面通常比較干燥，因此缺少工程微生物能夠利用的營(yíng)養(yǎng)。此外，皮膚與環(huán)境直接接觸，日常的活動(dòng)等都會(huì)直接影響皮膚上的工程微生物。

“這種相對(duì)惡劣的生存環(huán)境，使得工程微生物在表皮難以長(zhǎng)久地停留和發(fā)揮功能，限制了其在表皮的應(yīng)用?！蓖鯘h杰解釋，雖然水凝膠能夠?yàn)楣こ涛⑸锾峁駶?rùn)和穩(wěn)定的環(huán)境，但仍需為工程微生物提供存活所必需的碳源。

工程微生物聯(lián)合使用?讓“生物活藥”功能更強(qiáng)大

為了解決工程微生物在水凝膠中缺乏碳源的問題，該研究設(shè)計(jì)了包含兩種工程微生物的人工菌群。其中，工程聚球藻能夠通過光合作用生產(chǎn)蔗糖，另一種異養(yǎng)的工程微生物能夠利用蔗糖作為碳源發(fā)揮功能。

在這項(xiàng)研究中，水凝膠中的工程乳酸乳球菌能夠利用聚球藻生產(chǎn)的蔗糖，并持續(xù)分泌細(xì)胞因子CXCL12，促進(jìn)了皮膚傷口的愈合。

“這一想法主要受到自然界的啟發(fā)，自然界中的生物往往會(huì)采用分工合作的方式來(lái)獲得更好的生存條件?！蓖鯘h杰表示，天然的微生物群落也不例外，群落的微生物間時(shí)刻存在著物質(zhì)的交換和信號(hào)的交流。這項(xiàng)研究中所構(gòu)建的光自養(yǎng)人工菌群正是通過物質(zhì)的傳遞，為工程微生物在皮膚長(zhǎng)久穩(wěn)定地發(fā)揮功能提供必需的條件。

科研團(tuán)隊(duì)通過大鼠背部全皮層缺損模型探究這種工程菌群活材料的應(yīng)用，第十四天傷口面積相比對(duì)照組（62.6%，51.4%，40.8%），活材料處理的傷口愈合速度加快（13.2%）。從組織學(xué)水平上，能夠觀察到活材料對(duì)傷口愈合的促進(jìn)。同時(shí)，通過免疫組化、對(duì)細(xì)胞因子水平進(jìn)行分析，證明CXCL12能夠通過促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞參與抑炎、愈合和再生過程，進(jìn)而促進(jìn)傷口的愈合。

隨著合成生物學(xué)技術(shù)不斷迭代發(fā)展，工程微生物活藥用于疾病防治越來(lái)越受到青睞。目前，國(guó)內(nèi)外多家公司積極布局，已經(jīng)有多項(xiàng)利用工程微生物“生物活藥”治療疾病的臨床試驗(yàn)，顯示出了這一新型療法的巨大的潛力。

利用工程微生物治療皮膚疾病已有先例，包括治療濕疹、感染等。該研究提出了構(gòu)建包裹工程微生物群的“生物活藥”新策略，相比于應(yīng)用單一工程微生物，兩種甚至更多種的工程微生物聯(lián)合使用，能夠?yàn)樯锘钏幑δ茉O(shè)計(jì)提供更大的自由度，并且可以具有更強(qiáng)的功能。這一新策略不僅可用于解決皮膚工程微生物應(yīng)用中面臨困境，同時(shí)有望為工程微生物其他疾病治療應(yīng)用提供新的思路。

關(guān)鍵詞： 傷口愈合