譚蔚泓院士團(tuán)隊《JACS》，《Angew》齊發(fā)！
《JACS》：基于DNA的膜蛋白動態(tài)模擬用于編程適應(yīng)性細(xì)胞相互作用在多細(xì)胞生物中，細(xì)胞相互交流以響應(yīng)其微環(huán)境的變化,這種能力構(gòu)成了多細(xì)胞生物的生命基礎(chǔ)。越來越多的證據(jù)表明，這些細(xì)胞相互作用主要是通過膜蛋白的動態(tài)和特異性調(diào)節(jié)來協(xié)調(diào)的。例如當(dāng)腫瘤細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中感受到特異性促炎細(xì)胞因子(如IFNγ和IL-1a)時，PD-L1可以在膜上快速上調(diào)，從而通過PD-L1/PD1結(jié)合對T細(xì)胞免疫產(chǎn)生抑制作用。為了開發(fā)用于生物模擬和操作的智能架構(gòu)，具有高度可編程性、良好生物相容性和可預(yù)測結(jié)構(gòu)的DNA是最有前途的材料之一，然而目前的一些簡化模型缺乏細(xì)胞的自適應(yīng)性，無法與細(xì)胞生理過程相聯(lián)系，在代表活細(xì)胞系統(tǒng)時有不可避免的局限性。
在本研究中，中國科學(xué)院腫瘤與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所譚蔚泓院士、湖南大學(xué)邱麗萍教授等設(shè)計了一種細(xì)胞表面納米結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了分子識別引發(fā)的DNA組裝以模擬膜蛋白的動態(tài)行為，從而能夠操縱細(xì)胞相互作用以響應(yīng)環(huán)境變化。這種膜錨定的DNA納米結(jié)構(gòu)可以被細(xì)胞對外部刺激的響應(yīng)信號特異性激活。因此，可以將多個功能模塊組裝到膜上，以使細(xì)胞具有細(xì)胞類型特異性結(jié)合和殺傷。該系統(tǒng)有望提供一種新的范式，用于設(shè)計具有定制的傳感/響應(yīng)通路的治療細(xì)胞。相關(guān)工作以“DNA-Based Dynamic Mimicry of Membrane Proteins for Programming Adaptive Cellular Interactions”于近期發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。
文章亮點：
1.實驗室成功合成了具有三個疏水頂點的脫氧核糖核酸四面體(稱為T-cho3)，并證明了它們在細(xì)胞表面工程中的優(yōu)異性能。通過使用T-cho3作為支架，動態(tài)脫氧核糖核酸納米結(jié)構(gòu)可以有效和穩(wěn)定地錨定在活細(xì)胞膜上。
T-cho3的形成及細(xì)胞膜修飾示意圖
2.當(dāng)暴露于外部刺激時，細(xì)胞會啟動一系列細(xì)胞內(nèi)程序產(chǎn)生調(diào)節(jié)反饋，這些分泌的信號分子可以通過鏈置換反應(yīng)激活膜錨定納米結(jié)構(gòu)，通過雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(HCR)使功能核酸在細(xì)胞表面的串聯(lián)自組裝。通過這種方式，可以結(jié)合多個功能模塊來調(diào)節(jié)細(xì)胞和外部環(huán)境之間的相互作用。具有多價效應(yīng)的膜錨定HCR構(gòu)建體不僅能提高細(xì)胞聚集效率，而且能促進(jìn)高階細(xì)胞團(tuán)的形成。并且工程細(xì)胞還可以識別和結(jié)合目標(biāo)細(xì)胞，產(chǎn)生特定的殺傷效果。
動態(tài)納米結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的細(xì)胞間相互作用示意圖
《Angew》用于多重細(xì)胞內(nèi)成像和靶向癌癥治療的多色雙光子納米系統(tǒng)
癌癥是世界上最嚴(yán)重的疾病，每年奪去數(shù)百萬人的生命。癌癥患者的生存與腫瘤診斷期密切相關(guān)，因此在癌癥的早期階段，從細(xì)胞水平診斷癌癥對提高癌癥患者的生存率具有重要意義。分子成像技術(shù)在癌癥的檢測和治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。在眾多的分子成像方法中，熒光生物成像的優(yōu)勢是幾百納米的高空間分辨率。因此，它被廣泛用于細(xì)胞和組織的生物醫(yī)學(xué)成像。Terai等曾說到關(guān)于有機(jī)小分子的熒光探針已經(jīng)成為現(xiàn)代生物學(xué)中不可或缺的工具。
傳統(tǒng)的熒光成像是用單光子激發(fā)的，當(dāng)用高能光激發(fā)時，會發(fā)出低能熒光。然而，由于長時間暴露在紫外線或短波長光下，它會導(dǎo)致DNA損傷和細(xì)胞死亡。它還受到來自生物組織的顯著自熒光的限制，引起背景信號干擾，以及受激光的短波長在生物體中的穿透深度短。多色光致發(fā)光材料由于其在發(fā)光二極管、傳感、全色顯示、生物成像、光電子學(xué)等方面的潛在應(yīng)用而長期受到科學(xué)家的關(guān)注。與單色熒光成像相比，多色熒光成像可以提供多通道信息，更有利于多組分復(fù)雜樣品分析中的生物成像。
鑒于此，湖南大學(xué)譚蔚泓院士等首次報道了一種制備用于單激發(fā)多重成像和靶向給藥的雙光子介孔二氧化硅納米粒子的簡易方法，創(chuàng)造性設(shè)計并制備了基于FRET的雙光子介孔二氧化硅納米粒子(MTP-MSNs)，用于單激發(fā)多路細(xì)胞內(nèi)成像和靶向癌癥治療。該研究以“Multicolor Two-photon Nanosystem for Multiplexed Intracellular Imaging and Targeted Cancer Therapy” 于近期發(fā)表在Angewandte?Chemie?International?Edition上，該材料具有良好的生物相容性、特異性細(xì)胞攝取和高效的細(xì)胞內(nèi)藥物釋放等優(yōu)點，為體內(nèi)控釋藥物的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。
文章亮點：
1、這個納米系統(tǒng)包括兩個組成部分，即多色雙光子介孔二氧化硅納米粒子和癌細(xì)胞靶向適配體。在與癌細(xì)胞孵育后，裝載Dox和核酸適體覆蓋的MTP-MSNs可以內(nèi)化到細(xì)胞中，打開孔并釋放藥物。此外，利用雙光子多色熒光可作為多色雙光子細(xì)胞內(nèi)成像的良好造影劑，增加成像深度并改善組織的空間定位。
2、通過改變?nèi)N染料在介孔二氧化硅納米粒子中的摻雜比例，納米粒子在單個近紅外波長激發(fā)下呈現(xiàn)雙光子多色熒光。它們分布均勻，熒光強(qiáng)度高，光穩(wěn)定性好。熒光發(fā)射光譜可以通過優(yōu)化納米粒子中染料的數(shù)量來調(diào)節(jié)，這一特性將克服許多有機(jī)染料斯托克斯位移小的缺點，使多色熒光納米材料能夠在具有內(nèi)源熒光的生物樣品中觀察到。
可見光下不同染料摻雜組合的MTP-MSN樣品
3、在介孔MTP-MSN納米粒子上使用適配體作為孔封閉劑提供了設(shè)計遞送納米載體的有效工具，該遞送納米載體能夠響應(yīng)特定腫瘤細(xì)胞選擇性地釋放負(fù)載的藥物由于核酸適體連接誘導(dǎo)核仁素受體在靶腫瘤細(xì)胞上的特異性結(jié)合和攝取。結(jié)果表明，適配體包被的MTP-MSNs@DOX，顯著降低了DOX對正常細(xì)胞的副作用，增加了腫瘤細(xì)胞的損傷。
細(xì)胞活性測定
