科学家设计并合成了具有精确序列和长度的分子链

纽约州乌普顿-科学家设计并合成了具有精确序列和长度的分子链，以有效保护3-D DNA纳米结构在各种生物医学相关条件下免受结构降解。他们证明了这些“类肽包裹的DNA折纸”如何具有潜力，可用于递送抗癌药物和蛋白质，成像生物分子以及靶向与癌症有关的细胞表面受体。他们在3月9日的《美国国家科学院院刊》上发表的一篇论文中描述了他们设计类肽以在生理环境中稳定DNA折纸的方法。

与的纸张折叠技术类似，DNA折纸是通过将短的DNA链的互补碱基对“缝合”到链的不同部分，从而将长而柔软的DNA链折叠成纳米级(十亿分之一米)的所需形状。 。这些可编程且精确控制的纳米级体系结构可能对许多生物医学应用都是有益的，包括将药物和基因靶向输送到所需的组织或细胞，体内生物过程的成像以及疾病检测或健康监测的生物传感。然而，实现这种应用将需要用于保护复杂生物流体中的DNA折纸结构并实现DNA固有的新功能的解决方案。

“将DNA折纸的结构和形状优势应用到纳米药物中的限制因素之一是，DNA纳米结构被置于人体内部，很容易被酶消化或响应溶液组成或pH值变化而降解。”第一作者王世婷(Christine)解释说，他是美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心(CFN)的软和生物纳米材料小组的博士后。“在这项研究中，我们合成了生物相容性分子，称为类肽，具有明确的分子序列组成和长度。我们涂覆了八面体形状的DNA折纸，该折纸具有较高的机械稳定性和较大的开放空间，可运载小分子等纳米级货物抗癌药物-具有这些类肽。

类肽类似于肽或氨基酸的短链。但是，在类肽中，侧链(连接至分子主链或主链的化学基团)连接至氮而不是碳。此外，由于骨架中缺乏氢键，类肽更具有柔韧性。可以利用这种灵活性来控制类肽与DNA折纸的结合方式。

“我们的目标是制造一种简约的涂料，这种涂料不会增加折纸的体积，但同时又要足够有效，以提供保护，溶解性以及与不同生物功能的相容性，” CFN Soft and Inc.的负责人Oleg Gang说。生物纳米材料小组，哥伦比亚工程学院化学工程以及应用物理和材料科学教授。“如果带涂层的折纸变得笨重，它的形状以及与其他生物分子的相互作用和容纳方式将受到影响，从而导致各种并发症。”

Wang和Gang在伦敦帝国学院的合作者的协助下，利用劳伦斯伯克利国家实验室的分子铸造厂(MF)的设施合成了两种用于保护DNA折纸的类肽结构：刷子型和嵌段型。两种结构都有一个DNA结合域(与负电荷的DNA结合的正电荷部分)和一个水溶性域(确保DNA稳定所需的水分子包围的部分)。笔刷型体系结构在这两个域之间交替，而块型体系结构将它们群集在一起以形成不同的“块”。

为了确定哪种类型更能提供保护，科学家研究了双链(双链)DNA与类肽之间的结合。用荧光染料(与DNA结合)进行的实验表明，特定的刷子型结构在高温下最能稳定被类肽包裹的双链DNA。澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的一位合作者模拟了分子水平的DNA-类肽相互作用，以了解其原因。

王说：“我们相信这种交替的结构可以达到一种平衡，因为有些片段位于DNA双螺旋结构的凹槽内以提供保护，而另一些片段则伸出与水的良好相互作用。”“最佳配置是具有12个DNA结合和12个水溶性基团的刷子类型。”

在这些研究的指导下，研究小组在几种生理相关条件下研究了类肽包覆的DNA折纸的结构稳定性：在含有低浓度带正电的镁(Mg)离子的溶液中，在含有DNA特异性的溶液中核酸酶(酶的类型)，并在细胞培养基(含有低浓度的核酸酶和Mg离子)中孵育。通常，需要较高的Mg离子浓度，以通过减少DNA-DNA负电荷的排斥来稳定DNA折纸，但生理液的浓度要低得多。

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