給人輸液很常見，但給細(xì)胞「輸液」你見過嗎？
這兩天，約翰霍普金斯一個(gè)團(tuán)隊(duì)公開一項(xiàng)發(fā)明：7nm DNA 管道，可用于將藥物分子注入細(xì)胞。
據(jù)稱，該管道僅是螞蟻的 200 萬分之一，在未來，有望將藥物、蛋白質(zhì)和分子精準(zhǔn)輸送入器官和組織細(xì)胞中，且極小的「泄漏」也能避免，不會(huì)產(chǎn)生任何副作用。
目前，該研究已登上 Science Advances，有外媒評(píng)價(jià)，在對(duì)抗一系列威脅生命的疾病上，該發(fā)明意味著我們又邁出重要一步。
具體如何實(shí)現(xiàn)的？往下看。
納米「高速公路」如何建成？
在生命系統(tǒng)中，細(xì)胞之間是通過生物膜通道選擇性滲透的機(jī)制，即跨模轉(zhuǎn)運(yùn)來完成傳輸物質(zhì)的。
在過去，模擬生物膜通道已帶有選擇性及門控功能，是生物傳感、藥物輸送的強(qiáng)大工具。這種仿生通道由肽、DNA、碳納米管、金屬有機(jī)復(fù)合物等物質(zhì)組成，可讓離子及小分子實(shí)現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn) ——
但大多數(shù)通道直徑小于 2nm，無法傳輸更大的分子物質(zhì)。
此次，科研者發(fā)明的管道基于 DNA 自組合而成，旨在解決這一問題。
其中，構(gòu)建管道端口的基礎(chǔ)來自于 DNA 折紙術(shù)（DNA origami）。
該項(xiàng)技術(shù)在近些年頗受關(guān)注，核心原理是將 DNA 作為一種納米材料的基本單元，就像建筑基本材料一樣。
通過短鏈 DNA 相互配對(duì)，可構(gòu)建不同尺度的二三維復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)，你可以做出極小的三角形、五角星，甚至是個(gè)笑臉：)
應(yīng)用在生命體物質(zhì)傳輸中，其具有結(jié)構(gòu)可控、可精確尋址、易于化學(xué)修飾和生物相容性好等特點(diǎn)。
借由該技術(shù)，研究者構(gòu)建了內(nèi)徑 7nm 的納米孔，加之 DNA 修飾及控制納米孔幾何形狀，只有特定化學(xué)、空間特征的大生物分子可經(jīng)由通道穿過脂質(zhì)膜，這樣就實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)端到端傳輸，防止了傳輸物質(zhì)泄漏。
一旦獲得通過，分子會(huì)遵從擴(kuò)散作用，順著濃度階梯，從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)，讓物質(zhì)注入細(xì)胞中。
端口之外，通道本體由雙交叉的 DNA「瓦片」自組裝而成，長度設(shè)定為微米級(jí)，與此前主流成果也不相同。
以往納米通道長度小于 100nm，但為了在不相鄰細(xì)胞及細(xì)胞區(qū)室之間建立連接，實(shí)現(xiàn)分子交換，研究者將長度設(shè)定為微米級(jí)，也就是過去多數(shù)同類通道的十倍量級(jí)以上。
落到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段，研究者追蹤了熒光染料羧基四甲基羅丹明 (TAMRA) 通過 DNA 通道進(jìn)入巨形單層囊泡的情況。
從細(xì)胞內(nèi)外通過物質(zhì)量來看，他們?cè)O(shè)計(jì)的 DNA 通道促進(jìn)了跨膜質(zhì)運(yùn)輸。
此外，研究者還通過布朗動(dòng)力學(xué)模擬小分子在納米孔中的滲透情況，結(jié)果印證了這項(xiàng)發(fā)明的「防泄漏」能力。
在成果應(yīng)用部分，研究者認(rèn)為，這種 DNA 管道在生物傳感和藥物遞送方面的潛在應(yīng)用，此外，DNA 納米孔的可編程性和特異性可以允許傳遞目標(biāo)遺傳和信號(hào)材料，從而使有效通信成為可能。
團(tuán)隊(duì)介紹
最后認(rèn)識(shí)一下該項(xiàng)成果的幕后研究者們。
一作 Li Yi，約翰霍普金斯大學(xué)，化學(xué)與生物分子工程系博士生，本科畢業(yè)于華盛頓大學(xué)化學(xué)工程系。
二作 Christopher Maffeo，來自 UIUC 物理系。
參考鏈接：
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq4834
[2]https://studyfinds.org/pipes-to-human-cells/
[3]https://phys.org/news/2022-09-world-tiniest-plumbing-day-funnel.html
本文來自微信公眾號(hào)：量子位 （ID：QbitAI），作者：詹士
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