课题组工作丨ACS NANO丨用于分子运输的活细胞表面仿生纳米通道的构建

细胞表面离子通道是细胞与周围环境进行物质交换的重要途径，因此在活细胞表面构建具有可预测结构、高运输效率和对活细胞低毒性的合成通道将为分子的选择性跨膜运送提供有效的方式。然而，如何在活细胞表面构建人工仿生纳米通道仍是一个科学和技术上的难题。

最近，上海交通大学医学院分子医学研究院的谭蔚泓院士、韩达研究员团队及仁济医院麻醉科主任俞卫锋教授团队合作在活细胞质膜表面构建了一种仿生DNA人工纳米通道，并将其应用于分子运输（韩达课题组与谭蔚泓院士课题组联合培养博士后吕诚和仁济医院麻醉科助理研究员顾希垚为文章的共同第一作者）。该工作利用DNA纳米技术的精确性及可控性，以及DNA纳米结构的可修饰性，设计合成了一种可以自主插入磷脂双分子层的DNA纳米孔结构。该DNA纳米孔具有较小的中空尺寸（约2 nm）及在活细胞质膜较短的停留窗口（约20分钟），使得该人工纳米通道在实现活细胞分子运输的同时最大程度的保持了细胞的活性。

 

图1：仿生DNA纳米孔的结构

之后，作者将该人工纳米通道应用于活细胞体系中，成功实现了神经元细胞中高效的离子转运（图2），和在肿瘤细胞及耐药肿瘤细胞中小分子药物的运输（图3），极大提高了小分子药物对肿瘤细胞尤其的是耐药肿瘤细胞的治疗效果，有助于克服肿瘤细胞耐药性。

 

图2：DNA纳米孔在神经细胞膜上的转运功能研究

 

 

图3：DNA纳米孔在耐药肿瘤细胞中转运功能研究

综上所述，我们期望这种在活细胞表面构建的仿生DNA纳米通道可以为研究细胞通讯、构建人工细胞以及实现细胞可控跨膜转运提供有力的工具，并在生物技术和生物医学等领域得到应用。

Cheng Lv#, Xiyao Gu#, Haowen Li, Yumeng Zhao, Donglei Yang, Weifeng Yu, Da Han*, Juan Li, Weihong Tan*. Molecular Transport through a Biomimetic DNA Channel on Live Cell Membranes. ACS Nano, 2020, Accepted. doi:10.1021/acsnano.0c03105