NBT新文上线 | 钟超/黄鹏/安柏霖团队开发自主诊疗炎症性肠病的智能活胶水

研究背景  

      在生物医学快速发展的背景下，传统医用材料因缺乏环境感知与自适应能力，难以应对复杂的生理病理环境，例如炎症性肠病（IBD）引起的肠道出血等。材料合成生物学为突破这一瓶颈提供了新思路。通过对细胞进行编程，使其具备信号识别、逻辑运算与功能输出能力，并与材料科学深度融合，催生了“工程活材料”（engineered living materials, ELMs）这一新兴方向。ELMs能够动态感知并响应环境变化，具备结构自重构与功能自调控的潜力。尽管其在环境修复与能源转化等领域已展现广阔前景，面向体内疾病诊疗的应用仍处于初步探索阶段。

结果与展望

      本研究提出一种可编程的“治疗性活胶水”工程活材料，用于按需识别并持续干预胃肠道疾病，重点聚焦IBD的在体诊疗挑战。该材料以基因工程改造的大肠杆菌为基础，整合三项关键功能模块，分别实现高灵敏出血感知、生物相容性定向粘附以及黏膜修复与抗炎治疗（图1）。具体而言，本研究对血液感应基因线路进行了优化设计，并引入转录放大回路，显著提高了系统的信噪比，使工程菌能够在较低血液浓度（100 ppm）条件下实现稳定响应与超过百倍的信号放大。在识别出血信号后，工程菌大量分泌源自藤壶的高强度粘附蛋白（如CP43K藤壶水泥蛋白），可在出血区域快速形成稳定的生物粘附基质，完成病灶精准定位与局部固定。此外，通过合成基因线路调控，细胞同步分泌肠道修复肽TFF3，有望促进肠道上皮屏障结构重建并缓解局部炎症反应。

      在葡聚糖硫酸钠（DSS）诱导型和IL-10⁻/⁻两种IBD小鼠模型中，该“治疗性活胶水”能够在病灶部位实现快速、精确的出血识别与定位，并形成牢固的生物粘附层；同时，其分泌的TFF3能有效缓解炎症反应，增强肠黏膜修复与屏障功能。整体上，该系统实现了病灶感知、精准定位和持续治疗的一体化干预，在动物模型中展现出良好的治疗效果与稳定性。

      本研究首次将“感知-定位-治疗”功能集成于单一智能活体材料体系，实现了疾病状态驱动的自主响应干预，为IBD的精准治疗提供了新的策略，也为未来构建可编程、智能化和个性化的治疗体系奠定了坚实的理论基础。

作者简介   

      本研究由中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所材料合成生物学中心钟超研究员、安柏霖副研究员和深圳大学医学部生物医学工程学院黄鹏教授共同通讯指导，科研助理葛昌浩与江珊珊博士为共同第一作者。钟超团队长期致力于活体功能材料和可编程生物材料的设计和应用（实验室网站: https://isynbio.siat.ac.cn/zhonglab/）。黄鹏团队致力于分子影像学和纳米医学研究，尤其关注重大疾病的可视化诊疗（课题组信息：https://med.szu.edu.cn/szdw/jszgml/swyxgcxy2/content_7610）。

《自然-生物技术》Nature Biotechnology

DOI: 10.1038/s41587-025-02970-9

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Engineered living glues secrete therapeutic proteins for treatment of inflammatory bowel disease

《自然-生物技术》

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