摘要
近年来，基于合成生物学设计的工程菌活药，具有可自我复制、高效性和特异性等特征，为疾病诊疗提供了新的可能。然而，目前研究主要将工程菌用于肠道或瘤内原位诊疗，受到应用场所限制，产物入血和发挥远程作用的效率不足。为此，本课题构建了一种皮下植入式工程菌微囊活药，在体源源不断地生产并递送药物。该系统以工程菌为功能主体，持续生产和释放蛋白质药物，采用壳聚糖微囊封装工程菌以保证安全性。为验证该系统的生物医学潜力，本课题通过该系统分别递送多肽Exendin-4用于调控大鼠血糖，以及递送纳米疫苗抑制肿瘤生长。此外，研究为该系统设计了光调控清除工程菌的生物安全模块。具体研究内容如下： （1）基于群感裂解的工程菌微囊构建及表征。本课题构建了群感裂解基因回路，携带该回路的菌株，在体外以1小时左右为周期震荡式裂解并释放蛋白产物。使用壳聚糖制备粒径约1mm的工程菌微囊，具备蛋白生产释放能力，生产8小时后Exendin-4浓度达300pg/mL，纳米疫苗BMC-OVA浓度达900ng/mL；此外，微囊有效限制了工程菌的泄露。 （2）工程菌微囊活药用于大鼠血糖调控。首先，通过皮下注射工程菌微囊，验证了工程菌微囊体内的长效性和安全性。在此基础上，通过二型糖尿病大鼠模型，证明了工程菌微囊生产并递送Exendin-4入血，浓度高于800pg/mL；促进胰岛素分泌，保护胰岛，长期控制大鼠血糖，使血糖浓度降低约9个单位。 （3）工程菌微囊活药用于肿瘤疫苗递送。使用生产肿瘤疫苗BMC-OVA的工程菌微囊为小鼠预防性给药后，为小鼠种植B16-OVA黑色素瘤细胞。工程菌微囊递送的BMC-OVA可以有效激活小鼠免疫反应，提高淋巴结内CD8+T细胞比例近5倍，并显著地抑制肿瘤生长。 （4）工程菌微囊活药的光遗传调控及生物安全应用。设计并构建了光遗传调控清除的基因回路，用于清除微囊内的工程菌。体外和体内实验证明了微囊中的工程菌清除，蓝光处理后存活工程菌的数量可以降低约3个数量级。 综上所述，本课题建立了皮下应用工程菌的新策略，通过制备工程菌微囊，可以一次性皮下注射给药实现持久的蛋白质药物生产与递送。这一策略将有助于工程菌活药的应用拓展。将来在优化升级后有望发展为一种新的工程菌生物医学应用策略。
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