7nm DNA「針管」可將藥物分子直接注入細胞，來自約翰霍普金斯大學團隊_風聞

詹士 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

給人輸液很常見，但給細胞「輸液」你見過嗎？

這兩天，約翰霍普金斯一個團隊公開一項發明：7nm DNA管道，可用於將藥物分子注入細胞。

據稱，該管道僅是螞蟻的200萬分之一，在未來，有望將藥物、蛋白質和分子精準輸送入器官和組織細胞中，且極小的「泄漏」也能避免，不會產生任何副作用。

目前，該研究已登上Science Advances，有外媒評價，在對抗一系列威脅生命的疾病上，該發明意味着我們又邁出重要一步。

具體如何實現的？往下看。

納米「高速公路」如何建成？

在生命系統中，細胞之間是通過生物膜通道選擇性滲透的機制，即跨模轉運來完成傳輸物質的。

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、藥物輸送的強大工具。這種仿生通道由肽、DNA、碳納米管、金屬有機複合物等物質組成，可讓離子及小分子實現跨膜轉運——

但大多數通道直徑小於2nm，無法傳輸更大的分子物質。

此次，科研者發明的管道基於DNA自組合而成，旨在解決這一問題。

其中，構建管道端口的基礎來自於DNA摺紙術（DNA origami）。

該項技術在近些年頗受關注，核心原理是將DNA作為一種納米材料的基本單元，就像建築基本材料一樣。

通過短鏈DNA相互配對，可構建不同尺度的二三維複雜納米結構，你可以做出極小的三角形、五角星，甚至是個笑臉：)

應用在生命體物質傳輸中，其具有結構可控、可精確尋址、易於化學修飾和生物相容性好等特點。

藉由該技術，研究者構建了內徑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、空間特徵的大生物分子可經由通道穿過脂質膜，這樣就實現了物質端到端傳輸，防止了傳輸物質泄漏。

一旦獲得通過，分子會遵從擴散作用，順着濃度階梯，從高濃度區域向低濃度區域運動，讓物質注入細胞中。

端口之外，通道本體由雙交叉的DNA「瓦片」自組裝而成，長度設定為微米級，與此前主流成果也不相同。

以往納米通道長度小於100nm，但為了在不相鄰細胞及細胞區室之間建立連接，實現分子交換，研究者將長度設定為微米級，也就是過去多數同類通道的十倍量級以上。

落到實驗驗證階段，研究者追蹤了熒光染料羧基四甲基羅丹明 (TAMRA) 通過DNA通道進入巨形單層囊泡的情況。

從細胞內外通過物質量來看，他們設計的DNA通道促進了跨膜質運輸。

此外，研究者還通過布朗動力學模擬小分子在納米孔中的滲透情況，結果印證了這項發明的「防泄漏」能力。

在成果應用部分，研究者認為，這種DNA管道在生物傳感和藥物遞送方面的潛在應用，此外，DNA納米孔的可編程性和特異性可以允許傳遞目標遺傳和信號材料，從而使有效通信成為可能。

團隊介紹

最後認識一下該項成果的幕後研究者們。

一作Li Yi，約翰霍普金斯大學，化學與生物分子工程系博士生，本科畢業於華盛頓大學化學工程系。

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