合成生物學與納米生物學的交叉融合及其在生物醫藥領域的應用

鄭涵奇，吳晴，李洪軍，2，顧臻，2，3，4

（1 浙江省先進遞藥系統重點實驗室，浙江大學藥學院，浙江 杭州 310058；2 浙江省系統與精準醫學實驗室，良渚實驗室，浙江大學醫學中心，浙江 杭州 311121；3 浙江大學醫學院附屬邵逸夫醫院，普外科，浙江 杭州 310016；4 高分子合成與功能化教育部重點實驗室，浙江大學高分子科學與工程系，浙江 杭州 310027）

Representative examples for the integration of synthetic biology and nanobiotechnology.Nanotechnology can reinforce the development of synthetic biology by promoting the design and delivery of gene circuits.The delivery of gene circuits can be facilitated by nanocarriers, including organic (a),inorganic(b),and bionic(c)systems.Nanoparticles can convert optical,magnetic,and acoustic signals to thermal signals to regulate gene expression(d).Synthetic biology can extend the applications of nanotechnology through genetically engineering biologic nano-agents.Platelets (e), exosomes(f), microvesicles (g), and membrane-derived vesicles (h) can be programmed through synthetic biology.Synthetic biology and nanobiology can jointly generate functional modules and hybrid systems for artificial biomimetic systems.DNA, lipids, and polymers can self-assemble into functional modules(i),and nanoparticles can be combined with chimeric antigen receptor T-cells and bacteria respectively to form hybrid systems(j).

合成生物學技術通過對生命體進行工程化的設計、改造乃至重新合成，最終創建超越自然功能的人造系統［1］。合成生物學技術已在多個領域產生了重要的影響并實現了應用，包括生命健康、生物醫藥、農業生產、新型化工、污染治理等領域。合成生物學的研究主要有兩種理念的指導：“自上而下”理念是使用代謝或基因工程技術賦予現有生物系統新的功能；“自下而上”理念是以非生命的生物分子組件來從頭設計并創建新的生物系統［2］。從“自上而下”的策略出發，合成生物學將復雜的天然生命系統抽象化、解偶聯，拆解為標準化的生物元件［3］。通過生物元件的功能化組裝，重構為復雜的基因線路以編碼細胞的功能，使得合成的生命系統達到預定的目標［4］。目前開發出的鋅指蛋白（zinc-finger proteins，ZFPs）、轉錄激活因子樣效應器（transcription activator-like effectors，TALEs）和聚集的規則間隔短回文重復（clustered regularly interspaced short palindromic repeat，CRISPR）等技術，可以用來構建和調控合成基因線路［5］。然而，合成基因線路如何安全高效地遞送到特定靶部位、導入特定的細胞是合成生物學研究向臨床轉化的重要挑戰［6］。

納米生物學技術旨在利用物質在微納米尺度下具有的獨特的物理、化學和生物性質以解決藥物遞送、疾病診斷和干預等重大生物學問題［7-8］?！?br>