7nm DNA「针管」可将药物分子直接注入细胞，来自约翰霍普金斯大学团队

詹士 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI

给人输液很常见，但给细胞「输液」你见过吗？

这两天，约翰霍普金斯一个团队公开一项发明：7nm DNA管道，可用于将药物分子注入细胞。

据称，该管道仅是蚂蚁的200万分之一，在未来，有望将药物、蛋白质和分子精准输送入器官和组织细胞中，且极小的「泄漏」也能避免，不会产生任何副作用。

目前，该研究已登上Science Advances，有外媒评价，在对抗一系列威胁生命的疾病上，该发明意味着我们又迈出重要一步。

具体如何实现的？往下看。

纳米「高速公路」如何建成？

在生命系统中，细胞之间是通过生物膜通道选择性渗透的机制，即跨模转运来完成传输物质的。

在过去，模拟生物膜通道已带有选择性及门控功能，是生物传感、药物输送的强大工具。这种仿生通道由肽、DNA、碳纳米管、金属有机复合物等物质组成，可让离子及小分子实现跨膜转运——

但大多数通道直径小于2nm，无法传输更大的分子物质。

此次，科研者发明的管道基于DNA自组合而成，旨在解决这一问题。

其中，构建管道端口的基础来自于DNA折纸术（DNA origami）。

该项技术在近些年颇受关注，核心原理是将DNA作为一种纳米材料的基本单元，就像建筑基本材料一样。

通过短链DNA相互配对，可构建不同尺度的二三维复杂纳米结构，你可以做出极小的三角形、五角星，甚至是个笑脸：)

应用在生命体物质传输中，其具有结构可控、可精确寻址、易于化学修饰和生物相容性好等特点。

借由该技术，研究者构建了内径7nm的纳米孔，加之DNA修饰及控制纳米孔几何形状，只有特定化学、空间特征的大生物分子可经由通道穿过脂质膜，这样就实现了物质端到端传输，防止了传输物质泄漏。

一旦获得通过，分子会遵从扩散作用，顺着浓度阶梯，从高浓度区域向低浓度区域运动，让物质注入细胞中。

端口之外，通道本体由双交叉的DNA「瓦片」自组装而成，长度设定为微米级，与此前主流成果也不相同。

以往纳米通道长度小于100nm，但为了在不相邻细胞及细胞区室之间建立连接，实现分子交换，研究者将长度设定为微米级，也就是过去多数同类通道的十倍量级以上。

落到实验验证阶段，研究者追踪了荧光染料羧基四甲基罗丹明 (TAMRA) 通过DNA通道进入巨形单层囊泡的情况。

从细胞内外通过物质量来看，他们设计的DNA通道促进了跨膜质运输。

此外，研究者还通过布朗动力学模拟小分子在纳米孔中的渗透情况，结果印证了这项发明的「防泄漏」能力。

在成果应用部分，研究者认为，这种DNA管道在生物传感和药物递送方面的潜在应用，此外，DNA纳米孔的可编程性和特异性可以允许传递目标遗传和信号材料，从而使有效通信成为可能。

团队介绍

最后认识一下该项成果的幕后研究者们。

一作Li Yi，约翰霍普金斯大学，化学与生物分子工程系博士生，本科毕业于华盛顿大学化学工程系。

二作Christopher Maffeo，来自UIUC物理系。

参考链接：
[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