作者:冯维维 来源:中国科学报 发布时间:2021/10/18 17:39:27
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编程DNA机器人可刺激细胞膜

 

 

科学家找到了一种方法让DNA与人体内的细胞膜进行交流,为在脂质体中制造“微型生物计算机”铺平了道路,这种计算机在生物传感和mRNA疫苗中有潜在的用途。澳大利亚新南威尔士大学的Matthew Baker和悉尼大学的Shelley Wickham共同领导了这项近日发表于《核酸研究》的进展。

研究者发现了设计和构建DNA“纳米结构”的最佳方法,从而有效地操纵合成脂质体——传统上用于运送癌症和其他疾病药物的微小气泡。通过改变脂质体的形状、孔隙度和反应性可以发挥更大的应用,比如建立小分子系统感知环境并对信号做出反应,在药物分子接近目标时释放。

Baker说,该研究发现了如何用DNA构建“小块”,并研究出如何最好地用胆固醇标记这些块,使它们与脂质(植物和动物细胞的主要成分)黏在一起。“我们研究的一个主要应用是生物传感:你可以在健康人或患者体内黏上一些脂质体,当它在体内移动时,会记录体内的环境,对其进行处理,并传递一个结果,这样你就可以‘读出’当地环境。”

脂质体纳米技术随着脂质体与RNA疫苗的使用而声名鹊起。“这项工作展示了一种新的方法,可以将脂质体固定在合适的位置,然后在合适的时间将它们打开。”Baker说,“更好的是,它们是由我们设计的单个部件自下而上建造的,我们可以轻松地插入和取出不同的组件,改变它们的工作方式。

科学家一直在努力寻找合适的脂质和脂质体缓冲条件,以确保DNA“计算机”真的黏在脂质体上。他们还在努力寻找用胆固醇修饰DNA的最佳方法,以便DNA不仅能进入细胞膜,而且在需要的时候能停留在那里。

“它在边缘,还是在中心更好?大量簇拥还是少量更好?是尽可能接近结构,还是尽可能远一些?”Baker说,“我们研究了所有这些内容,表明这种方法可以为DNA结构可靠地结合到脂质体上创造良好的条件,通过它们‘做一些事情’。”

细胞膜在生命中是至关重要的,它们可以形成分隔层,从而分离出不同类型的组织和细胞。“这一切都依赖于不透水的薄膜。我们建立了全新的DNA纳米技术,可以根据需要在膜上穿孔,从而在膜上传递重要的信号。”他表示,“它会成为生命中细胞如何相互沟通的基础,以及如何在一个细胞中制造有用的东西,然后输出到其他地方使用。”

另一方面,在病原体中,细胞膜会被破坏,从而破坏细胞,或者病毒会潜入细胞进行自我复制。他们下一步将研究如何控制可由光线触发的基于DNA的毛孔,从而用完全新颖的部分开发合成视网膜。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1093/nar/gkab888

 

 
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