让DNA与细胞膜“聊天”

新研究发现了设计和构建DNA“纳米结构”的最佳方法，从而有效地操纵合成脂质体。图片来源：Shutterstock

科学家找到了一种让DNA与人体内细胞膜进行交流的方法，从而为在液滴中制造“微型生物计算机”铺平了道路。这种计算机在生物传感和mRNA疫苗中有潜在用途。澳大利亚新南威尔士大学的Matthew Baker和悉尼大学的Shelley Wickham共同领导了这项近日发表于《核酸研究》的进展。

研究者发现了设计和构建DNA“纳米结构”的最佳方法，从而能够有效操纵合成脂质体——传统上用于运送癌症和其他疾病药物的微小气泡。通过改变脂质体的形状、孔隙度和反应性，可以发挥更大的作用，比如建立小分子系统，从而感知环境并对信号做出反应，在药物分子接近目标时释放。

Baker说，该研究发现了如何用DNA构建块状结构，并研究如何更好地用胆固醇标记这些“小块”，使它们与脂质（植物和动物细胞的主要成分）黏在一起。“我们研究的一个主要应用是生物传感：你可以在健康人或患者体内黏上一些液滴，当它在体内移动时，会记录体内的环境信息，对其进行处理，并传递一个结果，这样你就可以‘读出’该环境。”

脂质体纳米技术随着脂质体与RNA疫苗的使用而声名鹊起。“这项工作展示了一种新方法，可以将脂质体固定在合适的位置，然后在合适的时间将它们打开。”Baker说，“它们是由我们设计的单个部件自下而上建造的，我们可以轻松地插入和取出不同的组件，改变它们的工作方式。”

科学家一直在努力寻找合适的脂质和脂质体缓冲条件，以确保DNA“计算机”真的黏在脂质体上。他们还在努力寻找用胆固醇修饰DNA的最佳方法，以便DNA不仅能进入细胞膜，而且在需要的时候能停留在那里。

“它在边缘，还是在中心更好？大量簇拥还是少量更好？是尽可能接近结构，还是尽可能远一些？”Baker说，“我们研究了所有这些内容，表明这种方法可以为DNA结构可靠地结合到脂质体上创造良好的条件，通过它们‘做一些事情’。”

细胞膜在生命中是至关重要的，它们可以形成分隔层，从而分离出不同类型的组织和细胞。“这一切都依赖于不透水的薄膜。我们建立了全新的DNA纳米技术，可以根据需要在膜上穿孔，从而在膜上传递重要的信号。”Baker表示，“它会成为细胞相互沟通的基础，从而搞清如何在一个细胞中制造有用的东西，然后输出到其他地方使用。”

另一方面，在病原体中，细胞膜会被破坏，进而破坏细胞。他们下一步将研究如何控制可由光线触发的基于DNA的毛孔，从而用完全新颖的部分开发合成视网膜。（冯维维）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1093/nar/gkab888