Small:破解DNA纳米结构与细胞扑朔迷离的相互作用

DNA纳米科技的发展方兴未艾。按照简单的硷基配对原理,研究员能把基因材料(如质粒或寡核苷酸)准确地组装成预设尺寸和复杂形状的二维或三维纳米结构。DNA纳米结构具备相当的生物兼容性,虽带负电但在无需转染剂协助下亦能有效穿越同样带负电的细胞膜,从而进入胞内。DNA纳米结构此等有趣的材料特质,驱使了研究员在过往十数年乐此不疲地探索它们在生物医学层面林林总总的应用,如药物或显影剂传递、生物分子传感器和基因调控。遗憾的是,过往相关文献只聚焦材料设计和生物应用的范畴,但对探究DNA纳米结构和细胞之间的「生物–纳米」相互作用(bio–nano interaction)着墨不多。从纳米医药的观点出发,如果业界继续对相关的基础知识一知半解,未来就算设计更多崭新的DNA纳米结构,恐怕只会沦为空中楼阁。

为此,香港中文大学工程学院助理院长(学生事务)及生物医学工程系助理教授蔡宗衡,应邀在Wiley旗下刊物Small撰写题为”Progress toward Understanding the Interactions between DNA Nanostructures and the Cell” 的综述性文章。文中,该团队总结了过去2-3年有关DNA纳米结构与细胞互动的研究报告,并针对三种制备DNA纳米结构的常见方法(包括瓦块自组装、DNA折纸术、以及纳米粒子模版组装),提出了影响DNA纳米结构进入细胞的因素、进入细胞的受体和通道及胞内输运的路径。综合「细胞–纳米」相互作用的基础知识,该团队总结出若干设计DNA纳米结构的策略,藉此增加它们进入细胞的数量以及控制其最终到达的细胞器。这些策略将会对推进DNA纳米科技在生物医学上的应用有莫大的裨益,因为研究员可以按照其所需应用,采用上述策略来理性设计最适合的DNA纳米结构。最后,该团队提出一张有关「最低限度应包含的信息」的清单,呼吁同侪未来报导DNA纳米结构与细胞应用或相互作用时,仔细列出细胞实验的研究方法及DNA纳米结构的量度参数,有助整个领域有效重覆和系统性比对不同实验室所报道的结果,集思广益。相关文章在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201805416)上。