■孫飛成功製造出創新的「全蛋白智能水凝膠」。 香港文匯報記者 攝大腸桿菌化身工廠 全球首創「四臂」蛋白
總導言：生命是大自然最奧妙的事物，隨着科學水平進步，人類現今已能利用生命物質為原料，如同變魔法一般重新設計與創造，以先進的物料與技術，應對醫學需要、解決生活問題及推動社會發展。
香港文匯報就此生命科學熱潮推出系列報道，探索本港研究人員相關工作與成果，透過滿有科幻意味的合成生物學、幹細胞科研及基因工程等領域，讓細菌變作「工廠」及「機器」發揮不同功用，以及激發細胞發育潛能；藉此帶引讀者大眾，品味科學與生命連結的奧妙。
生物材料是當代火熱的科技範疇，科技大學化學工程及生物工程學系助理教授學者孫飛及其團隊，最近成功以合成生物學方式，將細菌變身成「工廠」製造出全球首創的四臂星狀蛋白（4-arm star proteins）；其特殊的非線性形狀，能自行組裝成具立體分子網絡結構、可有效裝載細胞及藥物的水凝膠物料。團隊更取得空前突破，做到以原子精度預測水凝膠的形態，及為其加添「遇光即溶」智能特性，大大拓展了水凝膠於醫學方面的應用。
■香港文匯報記者 詹漢基
水凝膠（hydrogels）是形態百變的材料，有如啫喱般可以鎖住大量水分而不會蒸發，其「如膠似水」的特性，讓它經常用於生物相關範疇如面膜、隱形眼鏡等的製造，而在醫學層面亦深具潛力。
孫飛表示，水凝膠本質是親水的共價高分子網絡，常見的水凝膠都是以人工合成、化學合成的方式製造，「而我們是利用合成生物學設計出一類全新的材料」，以基因改造後的大腸桿菌為「工廠」，生產出所需要的特別蛋白分子，繼而「自組裝」形成創新的「全蛋白智能水凝膠」。
其團隊是世界首創利用修改過基因序列的大腸桿菌，在細胞內將兩個不同的蛋白質片段，直接合成非線性的四臂星狀蛋白分子，擺脫自然界的桎梏。孫飛解釋，「很多細菌自然所製造的蛋白質，都是線性的高分子，縱使可以透過摺疊成為三維結構，但本質還是線性，就像麵條一樣；今次可說是一個重要突破！」
擁四條手臂 攜細胞藥物
他提到，團隊過往發佈的智能水凝膠雛型，亦是以線性蛋白質分子組裝而成，「但那只是『水劑』的聚合反應，我們無法精確地控制水凝膠的分子網絡及其形態。」相對來說，創新的四臂星狀蛋白分子具獨特形狀，就像有四根手臂從中間延伸出來，多個四臂分子交連形成網絡狀空間結構，可以裝載細胞和藥物；同時團隊也能有效掌握四臂分子的行為反應，以原子精度計算出水凝膠形態，做到突破性的精準控制。
至於「自組裝」特性亦有利操作，因為蛋白分子通常很脆弱，若透過加熱或產生化學反應來進行組裝，容易破壞蛋白的活性，孫飛說：「只要將它們（四臂星狀蛋白）混合到一起，就會互相識別、反應，繼而組裝成水凝膠物料，我們不需要做任何事情、不需要任何化學修飾，容易在細胞活體內進行。」
遇光變液態 分子免破壞
該水凝膠擁有「光響應」的智能功能，因為當中加上了自然界中的「光敏」蛋白質，所以對外在的刺激信號有反應，光一照上去，水凝膠就由固態轉化為液態。孫飛解釋，由於智能水凝膠採取自組裝的策略，正如上文提到，這種組裝策略不會破壞蛋白分子，「我們可輕鬆地把蛋白質層面的『光敏』功能，轉移、轉變為材料的性能。」
他表示，由於智能水凝膠「見光即溶」的特性，將來可以將蛋白質藥物，例如胰島素等裹在水凝膠中，進入身體後再以光線控制其釋放的時機；甚至能以水凝膠為載體，將人體細胞注射到身體裡面，進行細胞修復工作；未來甚至有望成為「超級膠布」，直接敷在皮膚傷口上加速復原......水凝膠的狀態千變萬化，其醫療潛力可謂無限大。