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自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)的細(xì)胞過程
點(diǎn)擊次數(shù)：802 發(fā)布時(shí)間：2014-9-5
DNA納米技術(shù)為納米藥物載體、納米機(jī)器人研究提供了一系列強(qiáng)大的工具，已逐漸成為一種納米醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)。近日，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所物理生物學(xué)研究室及上海光源生物成像中心樊春海和黃慶研究員合作，應(yīng)用一系列*的細(xì)胞顯微成像技術(shù)并結(jié)合生物化學(xué)手段，清晰展示了一類自組裝DNA四面體結(jié)構(gòu)在活細(xì)胞中的攝取與轉(zhuǎn)運(yùn)過程，為其在藥物載運(yùn)和治療方面的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。相關(guān)研究結(jié)果以封面論文的形式發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53，7745-7750）。
DNA不僅僅是生命的密碼，還可以作為制造納米級構(gòu)件和機(jī)器的通用元件。利用DNA分子的自組裝特性，DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的研究者可以根據(jù)簡單的核酸堿基配對法則設(shè)計(jì)并在試管中構(gòu)造出而復(fù)雜的DNA納米結(jié)構(gòu)。在這個(gè)領(lǐng)域中，DNA往往被看作是一種非生物的材料而不是在活細(xì)胞中那樣作為遺傳信息的載體。盡管如此，由于自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)具有的生物相容性，近年來研究者對于其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生了越來越濃厚的興趣。DNA四面體結(jié)構(gòu)是一類重要的自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)。2011年，樊春海和黃慶課題組在上報(bào)道了DNA四面體結(jié)構(gòu)可以作為一種納米尺度的藥物載體，將具有免疫刺激效應(yīng)的CpG寡核苷酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞并刺激產(chǎn)生特定的細(xì)胞因子，有望成為一種*藥物（ACS Nano 2011, 5, 8783-8789）。之后，上多個(gè)課題組相繼報(bào)道了利用DNA納米結(jié)構(gòu)作為藥物載體的工作。然而，細(xì)胞膜具有負(fù)電性，通常會將同樣帶有負(fù)電荷的核酸分子屏蔽在膜外。而這些DNA納米結(jié)構(gòu)如何穿越細(xì)胞膜屏障而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)則成為一個(gè)謎。
經(jīng)過多年的努力，梁樂博士等研究人員利用全內(nèi)反射顯微鏡、單粒子示蹤等細(xì)胞成像技術(shù)，實(shí)時(shí)觀察到了DNA四面體結(jié)構(gòu)穿過細(xì)胞膜并在胞內(nèi)運(yùn)輸?shù)倪^程，并揭示了其zui終命運(yùn)。研究表明，DNA四面體結(jié)構(gòu)的細(xì)胞攝取是一種能量依賴的過程，在細(xì)胞膜上的小窩蛋白介導(dǎo)下產(chǎn)生內(nèi)吞，該過程可以在1分鐘內(nèi)完成。隨后，DNA四面體結(jié)構(gòu)通過由微管蛋白構(gòu)成的細(xì)胞骨架系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸，并zui終到達(dá)溶酶體而被降解。有意思的是，當(dāng)DNA四面體結(jié)構(gòu)被連接上信號肽分子后，還可以改變細(xì)胞命運(yùn)。例如載有核定位序列NLS的DNA四面體結(jié)構(gòu)可以從溶酶體中逃逸出來而進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)。以上研究表明，當(dāng)DNA分子組裝成納米結(jié)構(gòu)后，可以像病毒一樣借用細(xì)胞本身的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)“侵染”細(xì)胞，這為研制納米機(jī)器人zui終實(shí)現(xiàn)納米診療提供了新的可能。