原位聚合-细菌标记-抗菌 I 生物钯催化的活细胞表面原位聚合以调节生物功能-尹教授-科易网技术创新

研究进展：利用功能高分子进行细胞表面工程是调节细胞活性的有效手段。其中，利用功能聚合物修饰细胞表面，其偶联效率较低，需要大量活性聚合物。因此，为了提高聚合物的利用率，一种原位聚合策略最近被应用于活细胞，原位形成的聚合物与活细胞具有较高的结合亲和力。钯介导的用于标记和药物合成的交叉偶联反应已成功实现于活细胞系统之中，细胞表面通常具有多个钯结合位点，包括羧基、氨基和磷酸盐基团，有利于钯纳米粒子的形成。此外，在细菌表面形成的纳米钯（bio-Pd）在Heck反应中表现出比胶体钯更高的催化活性。

解决方案：在本研究中，作者设计并构建了一种新的原位聚合系统，通过原位形成的表面生物钯催化剂催化M1和M2发生Sonagashira聚合反应，生成光敏性聚苯乙炔（PPE）修饰细胞表面。其中，M1和M2的正电荷可以大大增加它们的水溶性，保证它们在水环境中聚合。此外，正电荷也有利于通过静电作用与负电荷细胞表面结合，使其与表面生物钯催化剂接触（图1）。

图1：生物钯催化Sonogashira聚合合成PPE。

为了在细胞表面原位合成PPE，构建了一种位于大肠杆菌表面的生物钯催化剂（图2）。Pd (II)离子与细菌表面结合后，加入甲酸钠（HCOONa）启动大肠杆菌细胞表面钼酶对Pd (II)的还原，形成了生物钯纳米粒子。将单体M1和M2加入到涂有bio-Pd的大肠杆菌溶液中进行原位聚合反应，荧光强度在大肠杆菌表面显著增加，且呈剂量依赖性（图3）。此外，原位合成的PPE还表现出增强的抗菌能力。值得注意的是，在还原能力较强的大肠杆菌中，可以观察到明显的蓝色荧光和较高的抑菌率，而在没有还原能力的铜绿假单胞菌上，观察到无荧光和较低的抑菌率。综上所述，原位合成的聚合物不仅可以对大肠杆菌进行成像以追踪聚合过程，而且具有良好的抗菌能力。

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图2：大肠杆菌细胞表面PPE的原位合成及其对大肠杆菌的抑菌活性。

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图4：原位合成的PPE对大肠杆菌的抗菌能力。

结论：总之，作者开发了一种新的原位聚合策略修饰细胞表面的共轭聚合物，即生物Pd纳米粒子利用细胞表面的负电荷，经表面酶或还原剂还原后负载于细胞表面，催化细胞表面的原位聚合反应，并用荧光成像技术对聚合过程进行追踪。其被应用于大肠杆菌细胞表面，且对大肠杆菌表现出良好的抗菌活性。该生物Pd催化聚合为细胞表面工程提供了一条新的途径，通过原位合成功能高分子来调控细胞活性，从而获得理想的生物应用。

参考文献：Fengting Lv, Yilin Wang, Shu Wang et al. In-Situ Synthesis of Photoactive Polymers on Living Cell Surface via Bio-Palladium Catalysis for Modulating Biological Functions.Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 10.1002/anie.202015247.