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  利用人工設計的功能分子調控細胞間的識別并進一步調控細胞的行為和功能是近年來生命科學領域的研究熱點。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現多級次組裝，在細胞表面工程化及細胞相互作用調控等方面具有良好的應用前景。然而，由于細胞對納米材料的內吞作用以及細胞膜結構高度動態的特性，利用DNA納米結構對活細胞膜表面進行可控組裝進而精準調控細胞間相互作用仍然存在一定的困難。

圖1 活細胞膜表面構筑可調控的多層DNA網絡結構示意圖

  近期，湖南大學譚蔚泓院士團隊劉巧玲課題組采用經典的DNA納米三棱柱（TP）和DNA納米分支聚合物（BP）作為結構單元，利用DNA分子自組裝技術在細胞膜表面設計了一種全新的靈活可調控的DNA網絡結構用于操控細胞間的相互作用（圖1）。源于互補DNA鏈的堿基之間形成的可預測和穩定的配對結構，這些DNA網絡結構之間的相互作用增加了DNA納米結構在細胞膜表面的穩定性并且克服了細胞內化的問題。通過對DNA網絡結構中的識別單元進行合理設計，研究人員對細胞間的特異性識別、刺激響應性識別以及動態可逆相互作用進行了人為設計和操控，并且實現細胞間物質傳輸的調控（圖2）。

圖2 利用DNA結構網絡操控多種形式的細胞間相互作用

  綜上所述，這種DNA網絡結構賦予了可調控的細胞識別能力，為人為操控細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胞表面工程、合成生物學和生物醫學領域中的應用。該工作以“Manipulation of Multiple Cell-Cell Interactions by Tunable DNA Scaffold Networks”為題發表在《Angew. Chem. Int. Ed.》上。文章第一作者是湖南大學大學博士研究生郭振振。

  此工作是該課題組將DNA納米技術用于生物膜界面功能化設計與調控的最新進展之一。近年來，課題組圍繞基于細胞膜囊泡的人工細胞的構筑和應用開展研究工作，建立了基于細胞膜囊泡的新型細胞仿生模型（Research, 2019, 6523970），結合DNA納米技術對細胞膜囊泡進行功化設計與改造（J. Am.Chem. Soc., 2017, 139, 12410-12413）獲得易于操控的人工細胞，實現了人工細胞對外界環境變化的動態響應與反饋（J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 6458-6461），以及人工細胞與外界環境、人工細胞之間的物質交換與信息交流（Nature Commun., 2020, 11, 978；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 232-24），為構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