建精细生命“密林” 寻重启健康密钥

本文转自：新民晚报

建精细生命“密林” 寻重启健康密钥

——上海交大团队创新仿生手性材料

生命密码的掌管者大多具有经典的手性结构存在，这种特征为生命构建了精妙绝伦的模样，也是激发生命活力的玄机所在。

秉承生命体中手性分子的有序组装、再现自然手性结构精细构型、揭示其生物性能是材料和生物学家的梦想和追求。2022年度上海市科学技术奖自然科学奖一等奖获得者、上海交通大学材料科学与工程学院冯传良教授团队在这一领域深耕了十几年，发展了一类全新的“中心对称”手性超分子骨架体系，不仅再现了自然精细手性结构，还率先发现了手性结构显著调控细胞命运的新现象，为再生医学和干细胞治疗开辟了新方向。

新结构实现长程有序

从DNA的双螺旋到蛋白质的多级折叠，手性结构无处不在，与人体生命活动密切相关。几十年来，科学家开展了许多对手性分子、手性药物分子对生命体影响机制的研究，甚至两度摘得诺贝尔奖，也探索发展了多种手性超分子体系。但是，和生命体中手性物质相比，人工体系在传承自然手性结构精细构型方面还存在很大差距。冯传良说：“我们的目标就是人工构建精细有序的手性结构，并通过手性结构的调控实现细胞命运操控。”

冯传良团队瞄准了将分子结构“中心对称”，认为这是分子组装排列有序的核心。既然是在类水凝胶的环境中，就要回到相似的环境中解题。他和学生们做了一个有趣的“比喻实验”——如果将一根圆珠笔芯拔掉笔头放进水池中，漏墨的笔管就会因为界面亲疏水不平衡而旋转移动；可若将同样的两根笔管以中心对称方式摆放，它们就能实现稳定平衡。

团队发现，手性分子空间立构属性及活性位点分布是决定手性结构特性的关键，手性位点与中心核的间距影响组装体手性螺旋特征。从分子结构看，其中一个关键的氢键位点就能起到调控结构的作用。基于组装机制的发现，团队设计了“中心对称”超分子骨架体系，在电镜下捕捉到了漂亮的螺旋形手性长链，这意味着新结构中实现了分子长程有序排列。这些发现解决了手性特征从分子水平向超分子水平再向材料宏观水平逐级传递的难题，创新性实现了人工生物材料对生命物质精细手性构型的传承，为精准仿生生命物质多样化手性结构提供了理论基础。

推向应用解更多病痛

仿生手性材料是否能如同生命体中手性结构一样发挥作用？冯传良教授团队将细胞镶嵌进具有手性微结构的三维水凝胶中，发现普通细胞在左旋结构中的生长量比右旋多了260%，比在不同手性单分子层上的黏附量差别高出数倍；还发现精细手性结构是决定视网膜祖细胞、骨髓间充质等干细胞命运的重要因素之一，如右旋结构诱导视网膜祖细胞分化为视神经元，而左旋结构诱导向胶质细胞分化。这些结果揭示，手性结构精细构型决定细胞命运——左、右旋结构各自扮演不同角色。

这些科研进展令冯传良团队感到振奋，手性结构决定细胞命运的发现在生物材料和细胞生物学领域具有开创性突破，他们进一步尝试将基础研究推向应用。相关研究阐明机制，证实凝胶手性结构能加速创面愈合，攻克了慢性难愈创面再生修复差的世界难题。目前，该成果相关专利技术已在上海凯宝药业股份有限公司落地转化，多种手性创面敷料的开发生产，能为糖尿病患者创面愈合提供帮助。此外，手性原料分子宏量化合成制备瓶颈也已突破，团队通过校企合作实现了年产吨级的工业生产。

启迪于生命体“健康”手性微环境中，酶发挥着高效的催化效率，生物大分子对细胞命运进行精准调控……近来，冯传良团队继续沿着“人工创制生命手性微环境”的研究思路，通过正常手性结构的精细构筑，精准调节细胞通路，尝试解决更多疾病相关问题。 本报记者 易蓉