发表在《生物材料》杂志上的一篇文章中，研究人员讨论了开发含有修饰微生物的水凝胶微胶囊，用于长期蛋白质药物的合成和释放。
背景
持续释放制剂的皮下给药是一种常见的给药途径。由于蛋白质药物容易降解和灭活，皮下缓释给药既是挑战也是机遇。
因此，已经提出了多种用于开发缓释蛋白质药物的方法。另一方面，传统技术一次只能运输有限数量的蛋白质药物，导致耐久性不足。长效药物设计将受益于一种可以在原位连续释放新鲜蛋白质药物而不会耗尽药物的方法。
工程微生物最近开辟了新的医学和诊断可能性。由于其安全性和药物释放特性，壳聚糖 (CS) 是一种流行的微纳米载体材料。许多基因模块以前已经生产用于体内应用。裂解释放回路非常适合以稳定的方式释放蛋白质药物，因为它超过了自发分泌效率的极限。在此基础上，可以开发一种含有修饰细菌的通用活微胶囊，用于长期释放蛋白质药物。
在这项研究中，作者讨论了基于修饰微生物的微胶囊的开发，用于长期释放蛋白质药物。工程细菌被封装在微胶囊中用于皮下注射，并使用生产-裂解回路来确保一致的蛋白质生产和释放。工程细菌微胶囊在糖尿病大鼠中被证明可以在两周内顺利释放 Exendin-4，从而降低血糖水平。
该团队提出了一种水凝胶微胶囊设计，该微胶囊含有经过修饰的细菌，可以随着时间的推移产生和释放蛋白质药物。在大肠杆菌中构建了一个生产-裂解电路，该大肠杆菌经过基因改造并包裹在 CS 微球中，被称为E@CS。建立了糖尿病大鼠模型来研究该技术的功能和持续时间。此外，使用小鼠皮下肿瘤模型来证明纳米颗粒的递送能力。
研究人员将工程化细菌微成分 (BMC) 与来自模型抗原卵清蛋白 (OVA) 的免疫显性肽 SIINFEKL 相结合，从而产生了 BMC-OVA，一种自组装蛋白纳米疫苗。此外，还设计了一个光遗传学清除电路来解决该策略潜在的长期生物相容性和生物安全问题。
观察
使用 GFP 作为报告基因的流式细胞术分析表明，EL222 光遗传学系统在 488 nm 蓝光控制下发生了 9.4 倍的变化。在暴露于蓝光 2 小时后，含有 pEL222 和 pBLind-Kill 的菌株在 Luria-Bertani (LB) 培养物中的数量减少到其原始数量的 1/2000。在 CS 胶囊中，大肠杆菌的水平约为 CFU=5 x 10 7。Ex-4释放约1小时后达到峰值，约70%的封装Ex-4可在8小时后释放；然而，BMC-OVA 的释放比 Ex-4 慢，大约 60% 的封装 BMC-OVA 在八小时后释放。
工程化的细菌微胶囊通过释放以细菌微成分为载体的亚单位疫苗，刺激了小鼠的特定免疫力并预防了肿瘤。修饰后的细菌微胶囊具有长时间释放蛋白质治疗剂的能力，并且具有广泛的药物尺寸。可以根据医疗需求对大肠杆菌进行工程改造以释放肽或纳米级蛋白质颗粒。Exendin-4 (Ex-4) 可以通过调节其产生和释放来增加胰岛素分泌和血糖管理。E@CS的 BMC-OVA 能够触发针对肿瘤细胞 B16-OVA 的特异性免疫。
至少在两周内，发现E@CS不断产生和释放 Ex-4 并降低血糖。E@CS也被修改以在另一个应用程序中生成和递送肿瘤疫苗 BMC-OVA。在从 BMCOVA 裂解E@CS持续释放两周后，将 BMC-OVA 提供给淋巴结。结果表明，免疫后，DCs和CD8+ T细胞被激活，肿瘤进展缓慢。
结论
总之，本研究阐明了E@CS的开发，这是一种由含有修饰细菌的微胶囊组成的系统，用于释放长效蛋白质治疗剂。E@CS旨在合成肽 Ex-4 ，用于长期糖尿病给药。
新技术将有助于工程菌的临床转化，例如优化工程菌的底盘，用非天然氨基酸标记蛋白质产品，开发更灵敏的产品检测方法，以避免长期和经常对动物和患者进行血液采样。他们相信，这项工作将通过开发一种皮下递送改良细菌的程序来扩大微生物治疗的适用性。他们还提到，所提出的方法可以只用一次给药就可以长期合成蛋白质药物。
随着合成生物学的进步，该团队预计所提出的技术将在未来激发新药的开发。
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