通过表面工程劫持活体细胞以实现生物纳米物联网

生物纳米物联网（IoBNT）旨在以前所未有的分辨率将 cyber 域与活体系统相接口，旨在彻底变革医疗保健。实现这一愿景依赖于开发生物纳米物（BNTs），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，如纳米材料基、生物合成和被动分子代理，面临着毒性、缺乏自主性或基因改造相关的安全性和新陈代谢负担等显著局限。本文提出第四种范式：通过非基因型细胞表面工程（NG-CSE）对活体细胞进行瞬时劫持，以实现活体 BNT。NG-CSE 允许对细胞膜进行精确、可逆的功能化，搭载人造分子机器，重新编程细胞功能和相互作用，而无需改变基因组。它独特地将活体细胞的内在生物相容性和主动性与纳米技术所启用的可编程性相结合，缓解了基因工程的风险。我们批判性地审阅了 NG-CSE 的工具箱，探讨了其为 IoBNT 所带来的机会，包括可编程的细胞间通信、动态网络拓扑以及改进的生物- cyber 接口。此外，我们提出了新颖的 IoBNT 架构，利用这些能力，例如利用细胞主动性进行持续液体活检的循环哨兵网络，以及利用跨界相互作用构建的体外计算机。我们还概述了在 NG-CSE 下利用细胞主动性进行建模和开发的关键挑战，为在 IoBNT 中有效利用 NG-CSE 启用型活体 BNT 提供了路线图。