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[提交于 2025年9月21日
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标题: 通过表面工程劫持活细胞用于生物纳米事物的互联网
标题: Hijacking Living Cells with Surface Engineering for the Internet of Bio-Nano Things
摘要: 互联网生物纳米事物(IoBNT)有望通过在前所未有的分辨率下将网络领域与生命系统相连接,彻底改变医疗保健。 实现这一愿景取决于生物纳米事物(BNTs)的发展,即能够在生物环境中进行感知、执行和通信的功能节点。 现有的BNT架构,例如基于纳米材料、生物合成和被动分子代理的架构,面临重大限制,包括毒性、缺乏自主性,或与基因改造相关的安全性和代谢负担。 本文提出一个第四范式:通过非基因细胞表面工程(NG-CSE)暂时劫持活细胞,以实现活体BNT。 NG-CSE允许通过合成分子机器对细胞膜进行精确且可逆的功能化,重新编程细胞功能和相互作用,而无需改变基因组。 它独特地结合了活细胞的固有生物相容性和自主性,以及纳米技术带来的可编程性,降低了基因工程的风险。 我们批判性地回顾了NG-CSE的工具箱,并探讨了它为IoBNT所带来的机遇,包括可编程的细胞间通信、动态网络拓扑和改进的生物-网络接口。 此外,我们提出了利用这些能力的新IoBNT架构,例如利用细胞自主性的循环哨兵网络,用于连续液体活检,以及合理设计的体外生物计算机,利用跨王国相互作用。 我们还概述了使用NG-CSE建模和利用细胞自主性的关键挑战,并为在IoBNT中有效利用NG-CSE增强的活体BNT提供了一条路线图。
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