《AM》剑桥大学：从蛋白质微凝胶可逆凝胶-溶胶转变的液-液相分离系统

　　【摘要】

　　液-液相分离的生物分子系统越来越被认为是细胞内环境中的关键组成部分，它们为细胞质和核质提供空间组织。自然相分离系统的广泛使用激发了在实验室中设计此类功能系统的灵感。特别是，液-液相分离系统的可逆凝胶化可以为新软材料的产生带来功能优势。由于它们与疾病的联系，生物分子缩合物的这种凝胶化过程已被广泛研究。然而，相反的过程，即凝胶-溶胶转变，很少被探索。

　　最近，剑桥大学Tuomas P. J. Knowles教授团队探索了微凝胶形式的细胞外蛋白质的热响应凝胶-溶胶转变，从而产生了具有高均匀性的全水液 - 液相分离系统。在这种凝胶-溶胶转变过程中，由于界面张力随着弹性的减弱而成为主要的能量贡献，因此延长的明胶微凝胶被证明会转化为球形几何形状。在药物释放场景中小颗粒的扩散方面进一步探索了相分离系统。总之，这种全水系统开辟了一条通往尺寸可调和单分散合成生物分子缩合物和受控液-液界面的途径，为生物工程和生物医学的应用提供了可能性。相关论文以题为Liquid–Liquid Phase-Separated Systems from Reversible Gel–Sol Transition of Protein Microgels发表在《Advanced Materials》上。

　　【主图导读】

　　图1 使用微流体方法生成物理交联的蛋白质微棒。将明胶溶液的入口管加热至 37 °C；油相的入口管置于室温 (RT; 25 °C) 下；出口管放置在冰袋下，用于油中明胶微滴的伸长和物理交联。右上角的显微镜图像显示了室温下油和水中的微棒（细长微凝胶）。比例尺：500 μm。

　　图2 来自蛋白质（明胶溶液）在大分子拥挤剂（PEG 溶液）中的凝胶-溶胶转变的 LLPS 系统。a) 在 37°C (i) PEG 溶液中物理交联的蛋白质微棒从凝胶-溶胶转变形成 LLPS 系统的示意图和显微镜图像。比例尺：500 μm。物理交联微棒在 37 °C 下溶解的对照研究的示意图和显微镜图像 (ii)。比例尺：500 μm。b) PEG 溶液中物理交联微棒 (RT) 和液体蛋白质微滴 (37 °C) 的几何特征。c) PEG 溶液中物理交联微棒的凝胶-溶胶转变。d) 在 37 °C 下孵育后，PEG 溶液中低（左）和高（右）数量的物理交联微棒的融合研究。e）凝胶-溶胶转变过程中微棒纵横比的演变（c（i））。f) PEG 溶液中来自大微凝胶和小微凝胶的单分散和多分散 LLPS。

　　图3 LLPS 和纳米/微球扩散。a) 随着 PEG 浓度增加的 LLPS。明场显微镜（i）。荧光显微镜（ii）。比例尺：500 μm。b）在两个液滴融合后，绿色纳米球从载有纳米球的液滴在 37°C 扩散到无纳米球的液滴。比例尺：500 μm。c) 两个液滴融合后，绿色纳米球和红色微球在 37°C 下在载有纳米/微球的液滴之间相互扩散。比例尺：50 μm。

　　【总结】

　　该团队探索了一种利用相变和大分子拥挤中细胞外蛋白质替代物分离快速合成全水 LLPS 系统的新途径。从水性拥挤剂中的热敏微凝胶中开发了具有可调分散性的液-液相分离模型。这些明胶微棒的凝胶-溶胶转变由它们在拥挤中的形态演变证明，并得到它们融合行为的进一步支持。分散相的形态演变可以为表征 LLPS 过程中的凝胶-溶胶转变开辟一条新途径。微滴的融合可以调节 LLPS 系统的分散性。作为对照的酶交联微凝胶是热稳定的，不支持 LLPS 系统的形成。产生高度单分散的液-液相分离系统的能力开辟了在生物工程、封装和递送应用中使用此类材料的可能性。

　　参考文献：

　　doi.org/10.1002/adma.202008670

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