自组装dna纳米结构“侵染”细胞过程获揭示

  中科院上海应用物理研究所樊春海课题组和黄庆课题组，应用一系列先进的细胞显微成像技术，并结合生物化学手段，清晰展示了一类自组装dna四面体结构在活细胞中的摄取与转运过程，为其在药物载运和治疗方面的应用奠定了良好基础。相关成果日前以封面论文形式发表于《德国应用化学》杂志。

  dna不仅是生命的密码，还可作为制造纳米级构件和机器的通用元件。利用dna分子的自组装特性，dna纳米技术领域的研究者可以根据简单的核酸碱基配对法则，设计并在试管中构造出精确而复杂的dna纳米结构。
  dna四面体结构是一类重要的自组装dna纳米结构。2011年，樊春海和黄庆课题组在国际上首次报道了dna四面体结构可以作为一种纳米尺度的药物载体，将具有免疫刺激效应的cpg寡核苷酸转运进入细胞并刺激产生特定的细胞因子，其有望成为一种免疫治疗药物。然而，细胞膜具有负电性，通常会将同样带有负电荷的核酸分子屏蔽在膜外。这些dna纳米结构如何穿越细胞膜屏障进入细胞成为一个谜。
  此次科学家利用全内反射显微镜、单粒子示踪等细胞成像技术，实时观察到了dna四面体结构穿过细胞膜并在胞内运输的过程，同时揭示了其最终命运。研究表明，dna四面体结构的细胞摄取是一种能量依赖过程，在细胞膜上的小窝蛋白介导下产生内吞，该过程可在1分钟内完成。之后，dna四面体结构通过由微管蛋白构成的细胞骨架系统进行运输，并最终到达溶酶体而被降解。
  “当dna四面体结构被连接上信号肽分子后，还可以改变细胞命运。例如，载有核定位序列nls的dna四面体结构，可以从溶酶体中逃逸出来进入细胞核内。”樊春海表示，当dna分子组装成纳米结构后，可以像病毒一样借用细胞本身的转运系统“侵染”细胞，这为研制纳米机器人最终实现纳米诊疗提供了新的可能。