终末期肾病在全球影响超300万患者，尿素是肾病患者体内毒性含氮代谢废物，也是可被再利用的氮源物质。可穿戴人工肾脏致力于透析液再生技术发展，但存在尿素循环利用困难及生物催化剂稳定性差两大瓶颈，严重制约该类设备的实际应用。如何构建兼顾辅酶因子循环转化、酶制剂长期稳定、可规模化制备的可持续生物催化平台，是生物医学与生物制造领域亟待破解的难题。
近日，南开大学生命科学学院欧来良教授团队受蓝细菌生理特性启发，开发出仿生多酶细胞工厂PES@GPNE，实现尿素-铵-谷氨酸的可持续生物转化。团队模拟蓝细菌分区结构与温度敏感休眠‑激活特性，选用聚醚砜构建仿生外壳，明胶/聚乙烯亚胺构筑胞内基质，实现酶与NADH辅因子共固定，搭建可用于腹膜透析液连续反应的微反应器。
图1.微反应器的放生构建与性能表征
结合材料表征、体外连续灌注实验、分子对接模拟，研究解析了PES@GPNE温度敏感休眠的分子机制。该仿生细胞依托明胶三螺旋可逆交联，具备独特温度响应特性：4℃储存可保留90%以上水化酶活，室温存放近一个月仍留存约65%酶活，37℃条件下仅需40秒即可由休眠状态快速激活。在体外腹膜透析液再生循环测试中，经过10次循环后依旧保留约80%的尿素清除能力，材料具备优异的生物相容性，适配生物医用场景。该平台解决了辅酶因子易泄漏、酶制剂储存条件苛刻的痛点，既可服务于可穿戴人工肾脏透析液再生，也可作为通用仿生催化平台，推动含氮废物无害化处理与高值转化。该研究将仿生结构设计、热响应生物材料、多酶级联催化有机融合，把蓝细菌休眠生存的自然生理特征转化为人工生物器件功能，为透析再生医疗器械开发、可持续生物催化体系理性构建开辟全新思路。
相关成果以“Cyanobacteria‑Inspired Temperature‑Sensitive Dormant Multi‑Enzyme Factory for Sustainable Urea Ammonia Detoxification and Amino Acid Bioconversion”为题，发表于国际知名期刊《Advanced Functional Materials》。南开大学为王单位，王彪为论文第一作者，欧来良教授为通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76997
