我校MBL實驗室在《J. Am. Chem. Soc.》發文：三維邏輯機器人可實現在癌細胞表面運算識别(圖文)
通訊員： 發布時間：2018-08-10 浏覽量：次
創建于:2018-08-08 來源:分子科學與生物醫學實驗室（MBL） 通訊員: 符婷
相較于傳統醫學，從分子層面上識别并處理從癌細胞所獲得的信号，在癌症的診療領域具有十分重要的意義。近日，我校分子科學與生物醫學實驗室（MBL）報道了一種三維DNA納米邏輯機器人，其集成了多個核酸适體（aptamer）功能觸角，成功實現在癌細胞表面的運算識别。該研究工作在人工分子器件和生物醫藥領域具有良好的應用前景。相關研究成果以“Engineering a 3D DNA-logic gate nanomachine for bispecific recognition and computing on target cell surfaces”為題發表于國際權威化學期刊《美國化學會志》（J. Am. Chem. Soc. 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b04319）。
細胞表面存在成千上萬種成分，他們在細胞的交流、成長、增值和死亡中扮演重要角色，這些細胞表面表達量不同的物質猶如每個人的臉部特征，識别不同的細胞表面也猶如“識人”。其中，某些過度表達的物質是疾病診療的重要依據，如何利用這些過度表達的物質，構建一種分子機器來造福人類健康一直以來是科學家們的研究重點與熱點。
通過細胞篩選得到的aptamer是一類特異性識别靶細胞的核酸分子，在該研究中aptamer被設計成可識别癌細胞表面受體的分子觸角。以一種最簡易的DNA三維納米結構作為骨架，成功地将兩種識别觸角和和一個運算觸角安裝到一個骨架上。這個三維骨架為三棱柱結構，僅需要三條DNA鍊構成，大大降低了分子機器制造成本。當aptamer識别其細胞表面的靶标時，通過aptamer與靶标和其互補鍊的競争反應，釋放出互補鍊。隻有某種細胞存在兩種特異靶标時，才會釋放出兩條互補鍊，這兩條鍊繼而再參與運算觸角上的DNA鍊置換反應，最後使被淬滅的熒光信号恢複。相較于傳統的遊離于溶液中的線性雙鍊DNA計算系統，這種三維DNA納米機器采用了集成化的設計思路：把雙識别的觸角和一個“與”門邏輯集成在一個三棱柱骨架上。當機器啟動時，通過分子間的臨近反應，會運算産生特異的響應信号，大大提升了細胞識别的準确性。這種納米級機器實現了靶細胞表面的邏輯運算識别，展現出精準診療的潛力。
2003网站太阳集团博士研究生彭瑞資和鄭小芳是本論文共同第一作者。這是彭瑞資自去年在JACS上發文後的第二篇力作，同時也是MBL實驗室今年在JACS發表的第五篇文章。彭瑞資的研究工作主要圍繞生物納米技術在疾病診療中的應用展開，目前他正在美國佐治亞理工和埃默裡大學的生物醫學工程系進行博士生聯合培養。化工院譚蔚泓教授和宦雙燕教授為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、教育部等部門的科研資助。
責任編輯 蔣晶麗
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