闫学海课题组基于从有序到无序的肽多尺度自组装研究取得新进展

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对于生物分子自组装的研究不仅有助于理解细胞功能和疾病发病机制，同时为构建功能独特的绿色生态材料体系提供了有效手段。过程工程所研究员闫学海团队受邀总结了该团队在肽自组装和多尺度过程机制方面的研究进展，包括发现液滴样无序结构，揭示液-液相分离（LLPS）介导的多步去溶剂化肽自组装新机制，开发长程无序的固体玻璃新材料，并提出了下一代肽材料设计和开发的重点方向。近日，相关工作发表在Accounts of Chemical Research（DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00592），被选作封面图。

       自然界中随处可见的生物分子自组装产生了有序和无序的超分子结构，从而实现了分子识别和信号转导等独特的生物功能。与有序结构相比，无序结构通常以热力学亚稳态的形式存在，因其存在时间短暂而难以观察。随着深入研究，人们逐渐发现了凝聚体液滴或玻璃等一些无序结构。然而，如何精确控制自组装过程，特别是确保无序结构的稳定性和完整性，仍然是肽自组装领域面临的一大挑战。
        闫学海研究员团队长期专注于生物分子自组装、多尺度过程机制和生物医药应用的研究。基于前期在肽自组装有序结构方面的研究，研究团队发现了调控肽自组装过程新方法，以实现有序结构的构建及其功能应用（Angew. Chem., Int. Ed. 2018, 57, 1537-1542; J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 1921-1927; Adv. Mater. 2022, 34, 2200139）。此外，在肽自组装无序结构方面，研究团队重点针对瞬时发生的液滴状无序结构，揭示了肽自组装过程是由液-液相分离（LLPS）介导的多步去溶剂化过程（Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18116-18123；CCS Chem. 2024, 6, 255-265），以及调控亚稳液滴以得到具有不同形貌和功能的有序结构的新方法（Matter, 2023, 6, 1945-1963）。还发现了肽自组装中的长程无序固体玻璃结构，及其可降解性、可加工的性能优势（Sci. Adv. 2023, 9, eadd8105），为发展新型可植入器件和递药系统提供了新的契机。研究团队进一步对肽自组装领域无序结构仍待探索的若干研究方向进行了展望，包括结合计算机模拟预测无序结构，利用原位成像和跟踪技术揭示无序结构性质等。
        研究人员表示，持续研究和开发从有序到无序的肽自组装过程，为精确调节无序结构和功能应用提供了指导。对于氨基酸和肽等分子通过LLPS形成凝聚体的研究，也为仿生原始细胞的开发提供了一种方法，有助于理解生物进化过程和一些疾病的发病机制。而无序玻璃结构因良好生物降解性、可加工性及环保性，有望在药物递送等生物医学领域和可穿戴设备等可加工器件领域中获得广泛应用。
       闫学海和项目研究员邢蕊蕊为该文章的共同通讯作者，博士后常蕊和副研究员袁成前为共同第一作者。该工作得到了国家杰出青年科学基金、重点科学基金以及中国科学院青年创新促进会等的支持。
      论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.accounts.3c00592
      文章来源：过程所
        闫学海，中国科学院过程工程研究所研究员，博士生导师，生化工程国家重点实验室副主任。2008年7月于中国科学院化学研究所获得博士学位，2008年10月-2013年1月在德国马普胶体与界面研究所先后从事博士后和洪堡学者研究工作。主要研究领域：肽调控自组装化学与材料；仿生光合成；超分子光热/光动力治疗。现已在Chem.Soc. Rev.、Angew.Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、ACSNano等国际学术期刊发表SCI论文100余篇，SCI他引5000余次。现任中国化学会生物物理化学专业委员会和青年工作者委员会委员、Colloids and Surfaces A副主编等学术兼职。