Small:通过仅一条DNA链组装功能化的DNA微粒

DNA不仅是储存和传递基因信息的分子,也是具有多种优异性能(如可程序化设计、尺度可控性、良好的生物相容性等)的生物材料。微观和宏观DNA组装结构能实现其在生物医药领域的应用。

具有纳米或微米尺度的DNA结构通常通过自下而上的方法构建。自下而上方法是指通过连接小的、简单的结构而得到大的、复杂的系统,这种组装方式通常通过原子和原子之间,或分子与分子之间的作用实现。常见的组装方法包括DNA瓦片法、DNA折纸术和SST(single-stranded tile) 模块组装法。然而,为了组装一个DNA结构,需要少则数条,多则数百条DNA链。一方面,数条DNA链之间需要严格定量,导致过程复杂、手工操作环节多;另一方面,DNA成本高,且无法估计每条DNA的具体作用。

因此,如果通过仅一条DNA链构建目标DNA结构、实现特定功能,就变成了DNA纳米技术领域最理想的状况。具体来说,在生物医药领域中,使用最少DNA链组装的DNA纳米结构具有诸多优势:1)简化DNA组成链的合成和组装过程;2)能确定每条链的生物相容性、毒性和免疫原性;3)容易实现每条DNA链的质量控制;4)易于分析每条链的代谢情况;5)降低每条链的不期望的生物效应。

发光与实时分析教育部重点实验室(西南大学)、西南大学药学院左华课题组与美国普渡大学毛诚德课题组合作,通过仅一条DNA链,组装DNA微粒(DNAμPs),实现DNA生物材料的各种功能化:(1)表面修饰具有免疫激活功能的CpG序列,产生免疫刺激作用;(2)捕获miRNA;(3)作为药物载体实现被动靶向给药。球状DNA微粒结构的特点使CpG单链受到保护不易被降解;微粒表面修饰致与致癌miRNA的互补序列可用于捕获致癌miRNA;回文序列的重复数量对微粒的结构有直接影响,因此可以设计不同的回文结构和控制不同的回文单元数,使DNA微粒具有不同尺寸的粒径,通过其尺寸效应实现被动靶向给药。目前,基于该DNA微粒的进一步研究工作正在开展中。

研究者相信,此项研究成果中具有新功能的新DNA结构的构建为拓宽DNA纳米技术在生物医药领域中的应用提供了重要基础。相关论文在线发表在Small上(DOI: 10.1002/smll.201805552),第一作者是博士生曾杰。