DNA納米生物技術研究取得進展

近日，中國科學院國家納米科學中心李樂樂課題組在DNA納米生物技術用於核酸遞送的研究中取得新進展。相關研究成果「Engineering Multifunctional DNA Hybrid Nanospheres through Coordination-Driven Self-Assembly」於近日以Hot Paper發表在《德國應用化學》雜誌上(Angew. Chem., Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201810735)。

作為一種功能性生物大分子，DNA已被廣泛用於分析化學、醫學診斷和疾病治療。由於DNA難以穿過細胞膜且易被降解，如何實現DNA有效遞送成為該領域發展的關鍵。目前，研究人員開發了各種類型的納米載體（例如：高分子膠束、脂質體、無機納米粒子），以實現體外和體內核酸遞送，但面臨著製備困難、效率低和安全性差的問題。近年來，DNA納米技術得到了迅猛發展，並在核酸及小分子藥物遞送方面展現出巨大的潛力。DNA自組裝納米結構主要包括：Ned Seeman團隊發展的瓦塊 (tile) 自組裝，Paul Rothemund博士發明的DNA摺紙術(DNA origami)，以及Chad Mirkin課題組發展的球形核酸 (spherical nucleic acids)。然而，這些方法往往需要使用大量預先設計的不同序列的核酸鏈進行組裝或者對核酸特定位點進行修飾及表面功能化，如此複雜的合成方法阻礙了其在生物醫學領域的廣泛應用。因此，發展簡單、高效的組裝方法以構建多功能DNA納米結構仍然是DNA納米技術領域的一大難題。

李樂樂課題組受傳統金屬-有機配位化學的啟發，首次提出利用金屬配位驅動自組裝構建DNA納米結構的新概念，發明了一種自組裝合成DNA納米結構的新方法學，構建了一類新型DNA納米材料——金屬-DNA納米結構，並表明該體系可用於細胞及活體水平高效核酸遞送。重要的是，該方法非常簡單，只需要將DNA分子和金屬離子（亞鐵離子）在一定的溫度下於水中混合，即可快速、高產率地獲得具有球形形貌的金屬-DNA納米結構。而且，通過調節DNA分子和金屬離子的比例及濃度，可以精準調控金屬-DNA納米結構的尺寸和組分。研究人員已將該金屬-DNA納米結構成功應用於核酸藥物遞送。研究表明，作為新穎的、無載體的核酸遞送系統，金屬-DNA納米結構可將核酸藥物有效地遞送到不同的細胞中，並且在體外和體內均發揮高效的生物識別和藥效作用。該工作展示了金屬配位驅動的自組裝在合成DNA納米材料方面的潛力，為DNA納米結構的構建開闢了新的方法學。相比於快速興起和發展的金屬-有機框架材料(MOFs)，研究人員相信該類金屬-DNA納米材料將會極大地推進DNA納米生物技術和金屬配位化學領域的發展。此外，該方法將有助於設計多功能生物材料，應用於生物感測、生物成像和藥物/基因遞送。

該工作是李樂樂課題組在前期研究（J. Am. Chem. Soc. 2018. 140, 578-581；J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13804-13810；Adv. Mater.2018, 1804745）的基礎上實現的。該研究得到國家人才計劃和國家自然科學基金的支持。

國家納米中心DNA納米生物技術研究取得進展

來源：中國科學院國家納米科學中心

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