李樂樂課題組DNA納米生物技術研究取得重要進展

发布时间:2018-12-25 | 【打印】 【關閉】

  近日,國家納米科學中心李樂樂課題組在DNA納米生物技術用于核酸遞送的研究中取得重要進展。相關研究成果“Engineering Multifunctional DNA Hybrid Nanospheres through Coordination-Driven Self-Assembly”于20181220日以Hot Paper發表在《德國應用化學》雜志上 (Angew. Chem., Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201810735)

  作爲一種功能性生物大分子,DNA已被廣泛用于分析化學、醫學診斷和疾病治療。由于DNA難以穿過細胞膜且易被降解,如何實現DNA有效遞送成爲該領域發展的關鍵。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,但面臨著制備困難、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折紙術(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-有機配位化學的啓發,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,並表明該體系可用于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分子和金屬离子(亚铁离子)在一定的温度下于水中混合,即可快速、高产率地获得具有球形形貌的金屬-DNA納米結構。而且,通過調節DNA分子和金屬离子的比例及浓度,可以精准调控金屬-DNA纳米结构的尺寸和组分。研究人员已将该金屬-DNA纳米结构成功应用于核酸药物递送。研究表明,作为新颖的、无载体的核酸递送系统,金屬-DNA纳米结构可将核酸药物有效地递送到不同的细胞中,并且在体外和体内均发挥高效的生物识别和药效作用。该工作展示了金屬配位驱动的自组装在合成DNA納米材料方面的潜力,为DNA纳米结构的构建开辟了新的方法学。相比于快速兴起和发展的金屬-有機框架材料(MOFs),研究人员相信该类金屬-DNA納米材料将会极大地推进DNA纳米生物技术和金屬配位化学领域的发展。此外,该方法将有助于设计多功能生物材料,应用于生物传感、生物成像和药物/基因遞送。

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

  論文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201810735

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