近日，我校化工学院郭旭虹教授和王义明特聘研究员在活细胞内可控合成非生物超分子聚合物研究中取得重要进展。研究成果以“Synthesis of Abiotic Supramolecular Polymers Inside Living Cells via Organocatalysis-Mediated Self-Assembly”为题发表于《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie.202500998），并被选为Hot Paper。
活细胞依赖生物大分子自组装形成的超分子聚合物执行关键生理功能，受生命系统启发，一些列合成型超分子聚合物已经被设计并合成出来。将人工合成超分子聚合物与生命系统相融合，将有望为生物功能干预和疾病治疗开辟新路径。然而，现有技术多依赖酶触发肽类分子自组装，存在功能单一、稳定性差、可控性低等问题；传统共价聚合物虽能在细胞内合成，却因缺乏动态响应性难以满足生物兼容需求。如何在复杂胞内环境中实现完全非生物超分子聚合物的可控合成仍是一大挑战。
为此，研究团队创新性地提出利用有机催化作用控制小分子自组装的研究策略，在活细胞内实现完全人工合成超分子聚合物的原位构建，并揭示其通过调控细胞力学特性与扩散动力学抑制肿瘤迁移的生物学效应。研究团队设计了一种基于腙键生成反应触发的人工超分子聚合体系。将能够高效催化腙键生成反应的有机催化剂（CAT）载入细胞，创造了自组装前体分子（酰肼前体与醛类前体）在胞内的扩散传质优势和反应动力学优势，进而在胞内环境中快速反应形成自组装单体（HA3），并最终在活细胞内自组装形成超分子聚合物。进一步的细胞迁移追踪研究显示，超分子聚合物的存在使细胞迁移速度显著下降。机制研究表明，所形成的超分子聚合物材料通过增加胞内拥挤度，一方面抑制了胞内物质的扩散，另一方面破坏肌动蛋白网络有序性并缩短黏着斑寿命，从而抑制了细胞的迁移。
此项研究为在活细胞内构筑纯人工超分子聚合物材料，打破合成材料系统与生命系统之间的界限，利用合成材料强化生命体的结构与功能提供了新思路。未来，有望通过该方法在活细胞内构筑一系列如人造细胞器、人造药物仓库、人造传感器等功能结构，重塑生命体功能。论文以华东理工大学为第一通讯单位，胞内扩散方面的研究得到了北京师范大学李辉教授课题组的大力支持。研究成果得到了国家自然科学基金委、上海市科委等机构的项目支持。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202500998
