科技日報記者 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。近日，天津大學王漢杰教授、孫韜和劉奪副研究員針對工程微生物皮膚修復應用中，難以長期維持生物功能的難題，設計了一種水凝膠包裹的光自養工程微生物菌群“生物活藥”。該菌群中包含光自養的工程聚球藻PCC7942和異養的工程乳酸乳球菌，兩種工程微生物構成了一種共生的工程菌群，可以在表皮持久發揮治療功能。該研究為工程微生物在皮膚長久穩定發揮功能提供了一種新策略，相關成果近日發表在國際期刊《ACS應用材料與界面》上。
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“生物活藥”為何難應用于皮膚
工程微生物是指通過合成生物學技術改造后，能夠執行特定功能（如分泌藥物，感知疾病信號）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鍵。
水凝膠具有良好的附著性能和多孔隙的特點，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揮功能。
改造后的工程微生物經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，當這種生物活藥被用于皮膚時，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養。此外，皮膚與環境直接接觸，日常的活動等都會直接影響皮膚上的工程微生物。
“這種相對惡劣的生存環境，使得工程微生物在表皮難以長久地停留和發揮功能，限制了其在表皮的應用。”王漢杰解釋，雖然水凝膠能夠為工程微生物提供濕潤和穩定的環境，但仍需為工程微生物提供存活所必需的碳源。
工程微生物聯合使用?讓“生物活藥”功能更強大
為了解決工程微生物在水凝膠中缺乏碳源的問題，該研究設計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蔗糖，另一種異養的工程微生物能夠利用蔗糖作為碳源發揮功能。
在這項研究中，水凝膠中的工程乳酸乳球菌能夠利用聚球藻生產的蔗糖，并持續分泌細胞因子CXCL12，促進了皮膚傷口的愈合。
“這一想法主要受到自然界的啟發，自然界中的生物往往會采用分工合作的方式來獲得更好的生存條件。”王漢杰表示，天然的微生物群落也不例外，群落的微生物間時刻存在著物質的交換和信號的交流。這項研究中所構建的光自養人工菌群正是通過物質的傳遞，為工程微生物在皮膚長久穩定地發揮功能提供必需的條件。
科研團隊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用，第十四天傷口面積相比對照組（62.6%，51.4%，40.8%），活材料處理的傷口愈合速度加快（13.2%）。從組織學水平上，能夠觀察到活材料對傷口愈合的促進。同時，通過免疫組化、對細胞因子水平進行分析，證明CXCL12能夠通過促進M2型巨噬細胞參與抑炎、愈合和再生過程，進而促進傷口的愈合。
隨著合成生物學技術不斷迭代發展，工程微生物活藥用于疾病防治越來越受到青睞。目前，國內外多家公司積極布局，已經有多項利用工程微生物“生物活藥”治療疾病的臨床試驗，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。該研究提出了構建包裹工程微生物群的“生物活藥”新策略，相比于應用單一工程微生物，兩種甚至更多種的工程微生物聯合使用，能夠為生物活藥功能設計提供更大的自由度，并且可以具有更強的功能。這一新策略不僅可用于解決皮膚工程微生物應用中面臨困境，同時有望為工程微生物其他疾病治療應用提供新的思路。
關鍵詞： 傷口愈合
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