朱伟教授团队受邀在 ACS Nano Medicine 发表综述：从传统载体到“装甲化”改造的红细胞工程
近日，华南理工大学朱伟教授团队联合陆军军医大学西南医院姚春艳团队在ACS Nano Medicine发表题为“Red Blood Cell Engineering: From Traditional Carriers to Armored Modification”的综述论文，系统梳理了红细胞工程从传统载体应用到“装甲化”功能改造的发展脉络，全面总结了该领域的关键技术路线、核心应用场景及未来转化挑战，为输血医学、药物递送与再生医学等交叉领域的发展提供了新的研究视角。华南理工大学生物科学与工程学院博士后王宇翔为第一作者，陆军军医大学西南医院薛真睿为共同第一作者，华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授与陆军军医大学西南医院姚春艳为通讯作者。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnanomed.6c00023
图1.红细胞的结构、力学特性及其体内代谢过程
红细胞工程为何备受关注？
红细胞是人体内数量最多的细胞之一，具有来源广泛、天然生物相容性好、循环时间长、免疫原性相对较低等独特优势，因此长期以来被视为理想的生物载体。无论是在输血医学中承担氧输送功能，还是在药物递送、免疫调控与组织修复等方向上，红细胞都展现出巨大的应用潜力。
然而，传统红细胞应用模式也面临诸多局限。例如，红细胞在储存和回输过程中容易发生膜损伤、形态改变、变形能力下降及生物功能衰减；同时，单纯依靠天然红细胞自身性质，往往难以满足复杂疾病治疗对靶向性、稳定性和多功能性的要求。正是在这一背景下，红细胞工程逐渐从“把红细胞当作天然载体”迈向“对红细胞进行精准、可编程改造”的新阶段。
图2.传统红细胞工程的策略与局限性
什么是“装甲化红细胞”？
所谓“装甲化红细胞（armored RBCs）”，是指通过材料修饰、界面工程或仿生构筑等方式，在红细胞表面或周围形成具有保护性和功能性的复合结构，从而提升红细胞在复杂环境中的稳定性、耐受性和应用性能。与传统仅利用红细胞包载或膜伪装的策略相比，装甲化改造更强调对红细胞力学性能、表面化学特性和生物学行为的协同调控。
这类策略不仅能够在一定程度上保护红细胞免受储存损伤、冷冻损伤及外界刺激，还可赋予其新的功能，如增强循环稳定性、实现靶向递送、构建智能响应平台，甚至搭建连接纳米药物与活细胞治疗的新型桥梁。
从传统载体到装甲化改造：红细胞工程的演进路线
综述指出，红细胞工程的发展大体经历了从“天然利用”到“外部修饰”，再到“智能装甲化”的逐步升级。
在早期阶段，研究者更多将红细胞作为天然生物载体，用于药物包载、酶递送或利用红细胞膜进行纳米颗粒伪装。这一阶段的核心优势在于借助红细胞良好的生物相容性和体内长循环特性，提高药物在体内的稳定性与安全性。
随后，随着纳米材料、界面化学和生物制造技术的发展，研究逐步进入红细胞表面工程阶段。通过聚合物修饰、膜表面功能化、无机材料包覆及生物仿生构筑等手段，红细胞不仅被“利用”，更被“重塑”。尤其是装甲化策略的提出，使红细胞从传统意义上的运输工具，发展为兼具保护、感知、响应和治疗潜力的多功能活性平台。
图3.三种主要红细胞装甲外骨骼的制备策略及其典型特征
三大重点应用方向展现广阔前景
1. 输血医学与红细胞保存
红细胞储存质量始终是输血医学中的关键问题。储存过程中，红细胞会逐渐出现膜脂重构、氧化损伤、变形能力下降等“储存损伤”，影响其回输后的存活率和功能表现。装甲化红细胞策略通过引入保护性外壳、低损伤加工方式及标准化制备流程，有望提高红细胞在储存和复苏过程中的稳定性，改善回输效果。
综述特别指出，未来该方向的重要任务之一，是围绕装甲化红细胞建立专属的关键质量属性评价体系，并结合封闭化、低剪切、标准化的加工流程，推动其从实验室技术走向可转化应用。
2. 药物递送与疾病治疗
红细胞工程在药物递送领域同样展现出巨大潜力。借助红细胞天然长循环和免疫逃逸优势，研究者可以将其用于递送小分子药物、蛋白、核酸乃至纳米颗粒，以提高药效并降低系统毒性。而装甲化改造进一步拓展了这种能力，使红细胞能够在保持生物相容性的同时，兼具更高的结构稳定性和环境适应性。
通过与功能材料、靶向分子和响应元件耦合，装甲化红细胞有望成为兼具运输、释放和治疗调控功能的一体化平台，在肿瘤治疗、炎症调节及精准医学中发挥更大作用。
3. 再生医学与活细胞治疗平台
除输血和递药外，装甲化红细胞还被视为再生医学的重要候选平台。相比传统无生命材料，红细胞本身具有天然柔性、血液循环适应性和良好安全性；而通过“力学-化学”复合构筑，其功能边界被进一步拓宽。综述认为，未来通过引入智能响应、可编程调控和合成生物学设计，装甲化红细胞有望成为连接纳米医学与活细胞治疗的重要媒介，为组织修复、微环境调控和新型细胞治疗产品开发提供新思路。
图4.装甲红细胞的设计、生物学限制及转化途径
前景广阔，但临床转化仍面临挑战
尽管装甲化红细胞研究已取得令人瞩目的进展，但其真正走向临床和规模化应用，仍需解决一系列关键问题。首先，不同材料和修饰策略可能改变红细胞的流变学行为、膜力学性质和免疫识别特征，如何在“功能增强”与“生理兼容”之间取得平衡，是核心科学问题之一。其次，装甲化红细胞在储存、回输及体内代谢过程中的长期安全性、降解规律与生物相容性，还需要更系统的评估。
此外，供者差异、加工标准不统一、制备过程剪切损伤控制不足等现实问题，也制约着相关技术的放大和临床转化。文章指出，未来该领域的发展不仅依赖于材料创新，更需要血液流变学、免疫学和合成生物学等多学科的深度融合。
图5.装甲红细胞的多维设计空间及临时工作边界
多学科交叉推动红细胞工程迈向新阶段
总体而言，这篇综述表明，红细胞工程正在从传统“生物载体”概念，迈向“智能装甲化活性平台”的新阶段。通过构建兼具力学保护、界面调控和功能响应能力的复合体系，装甲化红细胞有望在输血医学、药物递送和再生医学中发挥更加多元而深远的作用。
未来，随着关键质量标准逐步明确、加工流程持续优化，以及生物安全评价体系日益完善，装甲化红细胞有望成为衔接纳米医学与活细胞治疗的重要新平台，为精准医疗和新型生物医药技术发展注入新的动力。
本研究得到了国家自然科学基金（编号：22372061、22572061）、广东省科技计划项目（编号：2024B1111130002）、广州市科技计划项目（编号：2024A03J0163）以及中国中央高校基本科研业务费专项资金的支持。