近日，德國斯圖加特大學(xué)第二物理研究所傳來了一項引人注目的科研成果。該研究所的科研團(tuán)隊，其中包括多位中國學(xué)生和教授，成功開發(fā)出了一種能夠改造人造細(xì)胞的DNA納米機(jī)器人。
這項創(chuàng)新技術(shù)能夠精準(zhǔn)地控制合成細(xì)胞中脂質(zhì)膜的形狀和通透性，為合成生物學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的新工具。據(jù)悉，相關(guān)的研究成果已經(jīng)在《自然?材料》雜志的最新一期上發(fā)表。
在生物學(xué)中，細(xì)胞的形狀和結(jié)構(gòu)對其生物功能起著至關(guān)重要的作用。這一理念與現(xiàn)代設(shè)計中的“形式追隨功能”原則不謀而合，即結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其預(yù)期用途來設(shè)計。然而，在人造細(xì)胞上實現(xiàn)這一原則，一直是合成生物學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)。
斯圖加特大學(xué)的研究團(tuán)隊迎難而上，針對這一挑戰(zhàn)開發(fā)出了全新的解決方案。他們利用信號依賴性的DNA納米機(jī)器人，實現(xiàn)了與合成細(xì)胞的可編程交互。這一技術(shù)不僅為調(diào)控細(xì)胞行為提供了新的途徑，而且還在微米尺度上成功地改變了周圍環(huán)境，影響了巨型單層囊泡（GUV）的形狀和功能。
巨型單層囊泡是模仿活細(xì)胞的一種簡單結(jié)構(gòu)，它們由包含水性隔室的脂質(zhì)雙層組成，是生物膜的簡化模型。研究團(tuán)隊通過DNA折紙技術(shù)，構(gòu)造出了可重構(gòu)的納米機(jī)器人。這些機(jī)器人能夠在微米尺度上操作，成功地影響了GUV的形狀和功能。
研究人員發(fā)現(xiàn)，這些DNA納米機(jī)器人的轉(zhuǎn)化可以與GUV的變形以及模型GUV膜中合成通道的形成相結(jié)合。這些通道允許大分子如治療性蛋白質(zhì)或酶穿越膜，并在需要時重新密封。這意味著，通過使用DNA納米機(jī)器人，可以精確地設(shè)計GUV的形狀和配置，從而在膜中形成傳輸通道。
“我們非常激動，因為DNA納米機(jī)器人在GUV上的功能機(jī)制在活細(xì)胞中沒有直接的生物對應(yīng)物?！痹撜撐牡暮现咧槐硎?，“這一發(fā)現(xiàn)為藥物和其他治療干預(yù)措施的管理提供了新的可能性?！?/p>
具體來說，這些變形的DNA納米機(jī)器人可以促使GUV變形并形成合成通道，允許大分子如治療性蛋白質(zhì)或酶穿越膜。在需要時，這些通道還可以重新密封。這表明，DNA納米機(jī)器人不僅可以用于設(shè)計GUV的形態(tài)和配置，還可以實現(xiàn)膜內(nèi)運(yùn)輸通道的形成。
當(dāng)這一系統(tǒng)應(yīng)用于活細(xì)胞時，它有望促進(jìn)治療性蛋白質(zhì)或酶輸送到細(xì)胞中的靶點。這為更精確的藥物輸送和先進(jìn)的治療干預(yù)措施鋪平了道路。未來，這一創(chuàng)新系統(tǒng)有望將大型治療分子有效地輸送到細(xì)胞中，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來革命性的變化。
