Enzyme-mediated nitric oxide production in vasoactive erythrocyte membrane-enclosed coacervate protocells

原细胞 凝聚 化学 一氧化氮 人工细胞 葡萄糖氧化酶 生物物理学 生物化学 合成生物学 生物 有机化学 生物信息学
作者
Songyang Liu,Yanwen Zhang,Mei Li,Li Xiong,Zijian Zhang,Xiaohai Yang,Xiaoxiao He,Kemin Wang,Jianbo Liu,Stephen Mann
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:12 (12): 1165-1173 被引量:220
标识
DOI:10.1038/s41557-020-00585-y
摘要

The design and construction of synthetic therapeutic protocells capable of establishing cognate chemical communication channels with living cells is an important challenge for synthetic biology and bio-engineering. Here we develop a step towards protocell-mediated nitric-oxide-induced vasodilation by constructing a new synthetic cell model based on bio-derived coacervate vesicles with high haemocompatibility and increased blood circulation times. The hybrid protocells are prepared by the spontaneous self-assembly of haemoglobin-containing erythrocyte membrane fragments on the surface of preformed polysaccharide–polynucleotide coacervate micro-droplets containing glucose oxidase. We use the sequestered enzymes to program a spatially coupled glucose oxidase/haemoglobin reaction cascade, which in the presence of glucose and hydroxyurea generates a protocell-mediated flux of nitric oxide that we exploit for in vitro and in vivo blood vessel vasodilation. Taken together, our results provide new opportunities for the development of endogenously organized cell-like entities (biocompatible micro-bots) geared specifically towards active interfacing with individual living cells and cell communities. The self-assembly of haemoglobin-containing erythrocyte membrane fragments onto the surface of preformed coacervates has been used to make hybrid synthetic cells that can initiate nitric-oxide-induced vasodilation. These synthetic cells encapsulate enzymes that generate a flux of nitric oxide, as well as exhibiting high haemocompatibility and increased blood circulation times.
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