[智能应用]“智能活胶水”为炎症性肠病患者提供靶向治疗新策略 [复制链接]

中国科学院深圳先进技术研究院和深圳大学联合科研团队从海洋藤壶、沙堡蠕虫等动物身上获得灵感，利用合成生物技术研发了一种能够感知肠道出血信号、修复肠道黏膜损伤的“智能活胶水”，为炎症性肠病的靶向治疗提供了新策略。相关研究成果北京时间19日下午在线发表于国际期刊《自然·生物技术》。
　　据科研人员介绍，炎症性肠病患者常常伴随肠道黏膜反复损伤、慢性炎症、出血等症状，一般需要使用医用粘合剂来止血和修复组织。然而，现有医用粘合剂大多难以在湿润、蠕动的肠道环境中稳定黏附病灶。如何让粘合剂在胃肠道环境中自主识别病灶并发挥作用，是困扰学术界和临床治疗的一个难题。
　　对此，中国科学院深圳先进技术研究院和深圳大学联合科研团队，以人体肠道常见微生物大肠杆菌为基础，设计了一种多功能的“智能活胶水”。当肠道内特定部位出血时，系统被快速激活，随后分泌出一种来源于海洋藤壶的黏性蛋白，可以精准地在出血部位形成“密封层”，还能同步释放修复因子，实现定位与治疗的协同。
　　“我们把这种经过改造的微生物培养在液体里，通过口服方式进入肠道，激活后形成膜状形态，黏附在肠道特定出血部位，起到止血和修复损伤的作用。”研究负责人、中国科学院深圳先进技术研究院研究员钟超说。
　　科研人员在动物模型中验证了上述结论，目前已开展免疫相容性评估，后续将推进临床转化研究，未来有望为炎症性肠病患者提供靶向治疗的可能

“智能活胶水”：从海洋生物到肠道修复的合成生物学突破  
核心结论：中国科学院深圳先进技术研究院与深圳大学联合团队，受海洋藤壶、沙堡蠕虫等生物启发，开发出一种基于工程化大肠杆菌的“智能活胶水”，可精准感知肠道出血信号并修复黏膜损伤，为炎症性肠病（IBD）提供靶向治疗新策略。该成果发表于《自然·生物技术》，标志着活体生物材料在临床应用中的关键进展。
一、研发背景：炎症性肠病的治疗痛点  
1. 疾病特征与需求  
IBD的复杂性：包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，患者常伴肠道黏膜反复损伤、慢性炎症及出血，传统治疗依赖药物控制炎症，但难以修复深层组织损伤。  
现有粘合剂的局限：医用胶（如纤维蛋白胶、氰基丙烯酸酯）在湿润、蠕动的肠道环境中易脱落，无法稳定黏附病灶，且缺乏主动识别出血部位的能力。  

2. 科学挑战  
环境适应性：肠道的动态环境（pH波动、消化酶、蠕动）对材料稳定性提出严苛要求。  
精准触发：需设计一种能响应出血信号（如血红蛋白、铁离子）的“智能”系统，实现病灶定位与治疗的时空协同。  
二、技术突破：仿生设计与合成生物学融合  
1. 灵感来源：海洋生物的黏附策略  
藤壶的启示：藤壶通过分泌富含二羟基苯丙氨酸（DOPA）的蛋白，在潮湿表面形成强黏附，其机制被用于设计出血响应型黏性蛋白。  
沙堡蠕虫的修复智慧：沙堡蠕虫利用生物矿化作用构建管状外壳，其动态修复能力启发团队设计同步释放修复因子的系统。  

2. “智能活胶水”的核心机制  
工程化微生物载体：以大肠杆菌为底盘，通过基因编辑引入出血感应模块（如血红蛋白结合蛋白）和黏性蛋白分泌通路。  
双阶段响应：  
感知阶段：当肠道出血时，微生物识别血红蛋白或铁离子，激活基因表达。  
执行阶段：分泌藤壶来源的黏性蛋白（如Mfp-3S），在出血部位形成密封层；同时释放修复因子（如生长因子、抗炎肽），促进黏膜再生。  

3. 口服递送与肠道定位  
活体生物材料优势：微生物可在肠道内原位繁殖，通过群体感应（Quorum Sensing）协调行为，增强局部治疗效果。  
膜状形态转化：激活后的微生物形成生物膜，黏附于出血部位，避免被肠道内容物冲刷，同时提供持续的修复信号。  
三、实验验证与临床前景  
1. 动物模型成果  
止血与修复效果：在IBD小鼠模型中，“智能活胶水”显著减少出血时间，促进黏膜愈合，降低炎症因子水平（如TNF-α、IL-6）。  
生物安全性：工程菌未引发系统性感染或免疫过度反应，免疫相容性评估显示其可被宿主耐受。  

2. 临床转化路径  
优化方向：  
精准调控：通过合成生物学工具（如CRISPR-dCas9）动态调整黏性蛋白与修复因子的分泌比例。  
生物降解性：设计自杀开关（如诱导型毒素基因），确保治疗完成后微生物被清除，避免长期定植风险。  
潜在应用：  
IBD靶向治疗：替代或补充现有药物，减少全身副作用。  
肠道手术辅助：用于术后吻合口止血与防渗漏，降低并发症率。  
四、科学意义与行业影响  
1. 合成生物学的新范式  
活体材料（Living Materials）：将微生物作为“智能工厂”，实现感知-响应-修复的闭环，拓展了生物材料的定义。  
跨学科融合：结合海洋仿生学、微生物工程与材料科学，为复杂疾病治疗提供跨领域解决方案。  

2. 对IBD治疗的颠覆性潜力  
从“被动治疗”到“主动修复”：传统药物抑制炎症，而“智能活胶水”直接修复组织，可能改变IBD治疗格局。  
个性化医疗基础：通过调整工程菌的基因回路，可定制针对不同患者（如出血程度、黏膜损伤类型）的个性化疗法。  
五、挑战与未来展望  
1. 技术挑战  
长期安全性：需进一步验证工程菌在人体内的基因稳定性（避免水平基因转移）及免疫原性。  
规模化生产：开发符合GMP标准的发酵工艺，确保活体材料的批次一致性。  

2. 伦理与监管  
活体生物制剂的审批：需建立针对工程微生物的监管框架，平衡创新与风险控制。  
公众接受度：通过科普教育消除对“基因改造微生物”的误解，推动技术落地。  

3. 研究团队展望  
负责人钟超观点：未来将探索“智能活胶水”在肠道菌群调控中的应用，例如通过分泌抗菌肽重塑微生物组，实现IBD的“治疗-预防”一体化。  
总结：从海洋到肠道的生命科学革命  
“智能活胶水”的研发，不仅为IBD患者带来希望，更标志着合成生物学从实验室走向临床的关键跨越。其核心价值在于将自然界的生存智慧转化为可编程的医疗工具，开启了“活体材料”治疗复杂疾病的新纪元。随着技术迭代与临床验证的推进，这一创新或将成为生物医学领域的“游戏规则改变者”。

“智能活胶水”是针对炎症性肠病患者肠道黏膜反复损伤、慢性炎症、出血等症状研发的靶向治疗新策略。其灵感来源于海洋藤壶、沙堡蠕虫等动物的黏附机制，利用合成生物技术，以人体肠道常见微生物大肠杆菌为基础，设计出多功能智能活胶水。

该策略的核心优势在于精准识别与协同治疗：当肠道内特定部位出血时，系统被快速激活，分泌来源于海洋藤壶的黏性蛋白，在出血部位形成密封层实现止血；同时同步释放修复因子，促进肠道黏膜损伤修复，实现定位与治疗的协同。

给药方式为口服，经过改造的微生物培养在液体中，进入肠道后激活形成膜状形态，黏附在肠道特定出血部位发挥作用。动物模型实验已验证其止血和修复损伤的效果，目前已开展免疫相容性评估，后续将推进临床转化研究，未来有望为炎症性肠病患者提供靶向治疗的新选择。

该策略解决了现有医用粘合剂难以在湿润、蠕动的肠道环境中稳定黏附病灶、无法自主识别病灶的难题，为炎症性肠病的靶向治疗提供了创新思路。