92国产精品午夜福利,欧美级韩国三级日本三级,人妻被下春药bd日本电影

國家納米科學中心王浩研究員團隊《Adv. Mater.》：智能生物材料組學 - 生物材料源頭發現到臨床轉化的變革工具

2023-07-28 來源：高分子科技

新材料是發展高端制造業的物質基礎，是高新技術發展的先導。材料基因組學融合了高通量實驗、理論計算、以及大數據人工智能，成為引領材料科學研究的變革性新范式。這將催生新材料的發現，提高現有材料的技術成熟度，對提升材料的性能，縮短研制周期，降低成本都將產生巨大的影響。生物醫用材料領域是一個價值數十億美元的產業，最大應用是拯救生命和提高人類福利。然而，生物醫用納米材料由于其復雜的生物理環境應用場景，其材料基因組學研究面臨巨大挑戰。近年來，隨著高通量篩選技術以及機器學習的快速發展，建立在復雜生物理環境下的生物材料基因組學成為可能，并將推動納米藥物和疫苗的快速臨床轉化。

國家納米科學中心王浩研究員團隊基于在自組裝多肽和多肽-聚合物偶聯物的高通量合成和篩選、及其活體自組裝調控方面的研究基礎，近期在Advanced Materials上發表了題為“Intelligent Biomaterialomics: Molecular Design, Manufacturing and Biomedical Applications”的綜述文章。該文章系統總結了生物醫用高分子、脂質納米材料、多肽/蛋白、核酸適配體等生物納米材料的材料基因組學研究進展，詳細介紹了其高通量材料庫的分子設計與合成制備方法，材料的高通量表征、篩選和自動化制備，基于機器學習的構效關系分析與材料設計指導，以及生物材料基因組學在藥物遞送等生物醫用領域的應用和臨床轉化進展（圖1）。

圖1.生物材料基因組學。通過建立高通量材料庫、高通量篩選與表征，采用機器學習分析構效關系，加速生物醫用新材料的研發和轉化。

作者首先介紹了材料基因組學的發展情況及其在生物醫用材料中的進展，特別是高通量篩選技術以及機器學習在生物醫用材料中的發展歷史（圖2）。其中，美國在2011年啟動的“材料基因組計劃”（Materials Genome Initiative）以及中國在2015年啟動的“材料基因工程關鍵技術與支撐平臺”科技部重點專項（Materials Genome Engineering），極大地推動了新材料研究的變革性創新發展。

圖2. 生物材料基因組學發展中的重要事件。

其次，作者從分子設計層面介紹了高通量生物材料庫的構建方法，包括基于共價組合化學方法（圖3），以及非共價自組裝方法（圖4）。在共價組合化學中，作者以表格的形式總結了構建生物高分子材料庫的化學方法，包括活性聚合、Michael加成等。此外，作者還詳細列舉了四種構建高通量多肽材料庫的方法，包括噬菌體展示技術（phage display technology）、mRNA展示技術（mRNA display technology）、DNA編碼化合物庫（DNA-encoded compounds）、一株一物化學組合多肽庫（one-bead-one-compound (OBOC) libraries）。而非共價自組裝方法則通過組裝基元的理性設計、自組裝過程及其動力學和熱力學的精準調控，實現材料庫的高通量合成制備。

圖3. 共價組合化學構建高通量生物材料庫。

圖4. 非共價自組裝方法構建高通量生物材料庫。

接下來，作者介紹了生物材料的高通量制備方法，包括微流控技術（圖5），3D打印技術（圖6），以及基于人工智能和機器人的自動化合成技術等。

圖5. 基于微流控技術的高通量材料制備。

圖6. 基于3D打印的高通量材料制備。

接著，作者介紹了生物材料的高內涵通量篩選，從細胞層面篩選，到基于病人來源的組織和細胞球、類器官芯片層面的篩選，再到直接在動物層面的活體篩選，逐級展開介紹（圖7）。

圖7. 高內涵通量篩選及構效關系分析。

然后，作者介紹了最新的高通量表征技術以及構效關系的構建。包括高通量動態光散射、高通量同步輻射小角X射線散射，以及高通量寬場表面增強拉曼散射等技術（圖8）。而隨著機器學習的發展，構效關系分析也從納米材料中的單一變量分析進展到多變量復雜生物體系分析，例如將納米顆粒整體與488種標記的細胞進行篩選并進行構效關系分析、分析球形核酸中11個變量對其作為腫瘤疫苗影響、以及從210萬個藥物/賦形劑組合中篩選出高裝載率的納米藥物等。

圖8. 高內涵通量篩選技術。

接下來，作者介紹了生物材料基因組學以及高通量篩選在生物醫學中的應用。包括器官選擇性mRNA遞送（SORT）、新冠mRNA疫苗（mRNA-1273）中可電離脂質SM-102的開發、pH超敏探針的開發、以及機器學習篩選抗菌肽等（圖9）。同時，作者以表格的形式總結了近五年來納米診斷和治療藥物的臨床轉化情況。

圖9. 生物材料基因組學以及高通量篩選在生物醫學中的應用。

最后，作者指出了生物材料基因組學存在的問題和挑戰，包括人工智能如何精準可靠地輔助生物材料的設計制備、快速高通量高內涵表征技術的開發、高質量和大批量的自動生產技術、對材料自組裝原理和規律的深入認識、高通量篩選的評價模型和平臺等，為今后的研究指明了方向。

全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202305099

版權與免責聲明：中國聚合物網原創文章�？锘蛎襟w如需轉載，請聯系郵箱：info@polymer.cn，并請注明出處。

（責任編輯：xu）

【大中小】【打印】【關閉】

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊

更多>>科教新聞

私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

誠邀關注高分子科技