Lectin-Glycan-Mediated Nanoparticle Docking as a Step toward Programmable Membrane Catalysis and Adhesion in Synthetic Protocells

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作者
Vincent Mukwaya,Peipei Zhang,Heze Guo,Auphedeous Yinme Dang-i,Qiangqiang Hu,Mei Li,Stephen Mann,Hongjing Dou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (7): 7899-7910 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c02127
摘要

The spontaneous assembly of nanoscale building blocks into continuous semipermeable membranes is a key requirement for the structuration of synthetic protocells. Engineering the functionality and programmability of these building units provides a step toward more complex cell-like entities with adaptive membrane properties. Inspired by the central role of protein (lectin)–carbohydrate interactions in cellular recognition and adhesion, we fabricate semipermeable polysaccharide–polymer microcapsules (polysaccharidosomes) with intrinsic lectin-binding properties. We employ amphiphilic polysaccharide–polymer membrane building blocks endowed with intrinsic bio-orthogonal lectin–glycan recognition sites to facilitate the reversible noncovalent docking of functionalized polymer or zeolitic nanoparticles on the polysaccharidosomes. We show that the programmed attachment of enzyme-loaded nanoparticles gives rise to a membrane-gated spatially localized cascade reaction within the protocells due to the thermoresponsiveness of the polysaccharidosome membrane, and we demonstrate that extended closely packed networks are produced via reversible lectin-mediated adhesion between the protocells. Our results provide a step toward nanoscale engineering of bioinspired cell-like materials and could have longer-term applications in synthetic virology, protobiology, and microbiosensor and microbioreactor technologies.
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