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  利用人工設(shè)計(jì)的功能分子調(diào)控細(xì)胞間的識別并進(jìn)一步調(diào)控細(xì)胞的行為和功能是近年來生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為一種生物材料，DNA分子具有序列可編程性并且可與其他功能分子耦合實(shí)現(xiàn)多級次組裝，在細(xì)胞表面工程化及細(xì)胞相互作用調(diào)控等方面具有良好的應(yīng)用前景。然而，由于細(xì)胞對納米材料的內(nèi)吞作用以及細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)高度動(dòng)態(tài)的特性，利用DNA納米結(jié)構(gòu)對活細(xì)胞膜表面進(jìn)行可控組裝進(jìn)而精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞間相互作用仍然存在一定的困難。

圖1 活細(xì)胞膜表面構(gòu)筑可調(diào)控的多層DNA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

  近期，湖南大學(xué)譚蔚泓院士團(tuán)隊(duì)劉巧玲課題組采用經(jīng)典的DNA納米三棱柱（TP）和DNA納米分支聚合物（BP）作為結(jié)構(gòu)單元，利用DNA分子自組裝技術(shù)在細(xì)胞膜表面設(shè)計(jì)了一種全新的靈活可調(diào)控的DNA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)用于操控細(xì)胞間的相互作用（圖1）。源于互補(bǔ)DNA鏈的堿基之間形成的可預(yù)測和穩(wěn)定的配對結(jié)構(gòu)，這些DNA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的相互作用增加了DNA納米結(jié)構(gòu)在細(xì)胞膜表面的穩(wěn)定性并且克服了細(xì)胞內(nèi)化的問題。通過對DNA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的識別單元進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，研究人員對細(xì)胞間的特異性識別、刺激響應(yīng)性識別以及動(dòng)態(tài)可逆相互作用進(jìn)行了人為設(shè)計(jì)和操控，并且實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間物質(zhì)傳輸?shù)恼{(diào)控（圖2）。

圖2 利用DNA結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)操控多種形式的細(xì)胞間相互作用

  綜上所述，這種DNA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了可調(diào)控的細(xì)胞識別能力，為人為操控細(xì)胞間相互作用提供了一種簡單、普適的策略，有助于拓展基于DNA分子的人工識別體系在細(xì)胞表面工程、合成生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。該工作以“Manipulation of Multiple Cell-Cell Interactions by Tunable DNA Scaffold Networks”為題發(fā)表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。文章第一作者是湖南大學(xué)大學(xué)博士研究生郭振振。

  此工作是該課題組將DNA納米技術(shù)用于生物膜界面功能化設(shè)計(jì)與調(diào)控的最新進(jìn)展之一。近年來，課題組圍繞基于細(xì)胞膜囊泡的人工細(xì)胞的構(gòu)筑和應(yīng)用開展研究工作，建立了基于細(xì)胞膜囊泡的新型細(xì)胞仿生模型（Research, 2019, 6523970），結(jié)合DNA納米技術(shù)對細(xì)胞膜囊泡進(jìn)行功化設(shè)計(jì)與改造（J. Am.Chem. Soc., 2017, 139, 12410-12413）獲得易于操控的人工細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)了人工細(xì)胞對外界環(huán)境變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與反饋（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 6458-6461），以及人工細(xì)胞與外界環(huán)境、人工細(xì)胞之間的物質(zhì)交換與信息交流（Nature Commun., 2020, 11, 978；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 232-24），為構(gòu)筑智能化人工生命體系提供新方法。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202111151