德國斯圖加特大學(xué)第二物理研究所領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出可改造人造細胞的DNA納米機器人。這一創(chuàng)新技術(shù)能控制合成細胞中脂質(zhì)膜的形狀和通透性，為合成生物學(xué)發(fā)展提供了全新工具。相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《自然·材料》雜志上。
細胞的形態(tài)對生物功能至關(guān)重要，這一概念符合“形式追隨功能”的設(shè)計原則。該原則強調(diào)結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)其預(yù)期用途來決定，而能否將此原則應(yīng)用于人造細胞，正是合成生物學(xué)面臨的重要挑戰(zhàn)之一。隨著DNA納米技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家現(xiàn)已能夠構(gòu)建足夠大的運輸通道，允許治療性蛋白質(zhì)穿過細胞膜，為解決這一挑戰(zhàn)提供了希望。
利用信號依賴性的DNA納米機器人，團隊此次實現(xiàn)了與合成細胞的可編程交互，這是應(yīng)用DNA納米技術(shù)調(diào)控細胞行為的重要一步。他們利用一種模仿活細胞的簡單結(jié)構(gòu)——巨型單層囊泡（GUV），通過DNA折紙技術(shù)構(gòu)造可重構(gòu)納米機器人。這種機器人能夠在微米尺度上改變周圍環(huán)境，并且成功地影響了GUV的形狀和功能。
具體來說，這些變形的DNA納米機器人可以促使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，在需要時還可以重新密封。這表明，DNA納米機器人可用于設(shè)計GUV的形態(tài)和配置，從而實現(xiàn)膜內(nèi)運輸通道的形成。當(dāng)應(yīng)用于活細胞時，它能促進藥物或酶的有效傳輸至細胞內(nèi)部的目標(biāo)位置，為藥物遞送和其他治療干預(yù)措施開辟了新路徑。
這項成果不僅展示了如何用DNA納米機器人操控合成細胞，也為未來醫(yī)學(xué)應(yīng)用帶來了新機遇。
【總編輯圈點】
這項研究成果擴展了我們對細胞結(jié)構(gòu)和功能之間關(guān)系的理解，同時，也為生物醫(yī)學(xué)工程開辟了新途徑。它預(yù)示著一個可以通過設(shè)計和制造具有特定功能的人造細胞來解決復(fù)雜健康問題的時代即將到來。盡管如此，要將這些實驗室成果轉(zhuǎn)化為臨床實踐，還需要克服許多挑戰(zhàn)，包括安全性、穩(wěn)定性和大規(guī)模生產(chǎn)等問題。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，這些問題終將被逐一攻克，為人類健康帶來福祉。
