譚蔚泓院士團隊《JACS》，《Angew》齊發！

　　《JACS》：基于DNA的膜蛋白動態模擬用于編程適應性細胞相互作用在多細胞生物中，細胞相互交流以響應其微環境的變化,這種能力構成了多細胞生物的生命基礎。越來越多的證據表明，這些細胞相互作用主要是通過膜蛋白的動態和特異性調節來協調的。例如當腫瘤細胞在腫瘤微環境中感受到特異性促炎細胞因子(如IFNγ和IL-1a)時，PD-L1可以在膜上快速上調，從而通過PD-L1/PD1結合對T細胞免疫產生抑制作用。為了開發用于生物模擬和操作的智能架構，具有高度可編程性、良好生物相容性和可預測結構的DNA是最有前途的材料之一，然而目前的一些簡化模型缺乏細胞的自適應性，無法與細胞生理過程相聯系，在代表活細胞系統時有不可避免的局限性。

　　在本研究中，中國科學院腫瘤與基礎醫學研究所譚蔚泓院士、湖南大學邱麗萍教授等設計了一種細胞表面納米結構，實現了分子識別引發的DNA組裝以模擬膜蛋白的動態行為，從而能夠操縱細胞相互作用以響應環境變化。這種膜錨定的DNA納米結構可以被細胞對外部刺激的響應信號特異性激活。因此，可以將多個功能模塊組裝到膜上，以使細胞具有細胞類型特異性結合和殺傷。該系統有望提供一種新的范式，用于設計具有定制的傳感/響應通路的治療細胞。相關工作以“DNA-Based Dynamic Mimicry of Membrane Proteins for Programming Adaptive Cellular Interactions”于近期發表在Journal of the American Chemical Society上。

　　文章亮點：

　　1.實驗室成功合成了具有三個疏水頂點的脫氧核糖核酸四面體(稱為T-cho3)，并證明了它們在細胞表面工程中的優異性能。通過使用T-cho3作為支架，動態脫氧核糖核酸納米結構可以有效和穩定地錨定在活細胞膜上。

T-cho3的形成及細胞膜修飾示意圖

　　2.當暴露于外部刺激時，細胞會啟動一系列細胞內程序產生調節反饋，這些分泌的信號分子可以通過鏈置換反應激活膜錨定納米結構，通過雜交鏈式反應(HCR)使功能核酸在細胞表面的串聯自組裝。通過這種方式，可以結合多個功能模塊來調節細胞和外部環境之間的相互作用。具有多價效應的膜錨定HCR構建體不僅能提高細胞聚集效率，而且能促進高階細胞團的形成。并且工程細胞還可以識別和結合目標細胞，產生特定的殺傷效果。

　　動態納米結構介導的細胞間相互作用示意圖

　　《Angew》用于多重細胞內成像和靶向癌癥治療的多色雙光子納米系統

　　癌癥是世界上最嚴重的疾病，每年奪去數百萬人的生命。癌癥患者的生存與腫瘤診斷期密切相關，因此在癌癥的早期階段，從細胞水平診斷癌癥對提高癌癥患者的生存率具有重要意義。分子成像技術在癌癥的檢測和治療中發揮著越來越重要的作用。在眾多的分子成像方法中，熒光生物成像的優勢是幾百納米的高空間分辨率。因此，它被廣泛用于細胞和組織的生物醫學成像。Terai等曾說到關于有機小分子的熒光探針已經成為現代生物學中不可或缺的工具。

　　傳統的熒光成像是用單光子激發的，當用高能光激發時，會發出低能熒光。然而，由于長時間暴露在紫外線或短波長光下，它會導致DNA損傷和細胞死亡。它還受到來自生物組織的顯著自熒光的限制，引起背景信號干擾，以及受激光的短波長在生物體中的穿透深度短。多色光致發光材料由于其在發光二極管、傳感、全色顯示、生物成像、光電子學等方面的潛在應用而長期受到科學家的關注。與單色熒光成像相比，多色熒光成像可以提供多通道信息，更有利于多組分復雜樣品分析中的生物成像。

　　鑒于此，湖南大學譚蔚泓院士等首次報道了一種制備用于單激發多重成像和靶向給藥的雙光子介孔二氧化硅納米粒子的簡易方法，創造性設計并制備了基于FRET的雙光子介孔二氧化硅納米粒子(MTP-MSNs)，用于單激發多路細胞內成像和靶向癌癥治療。該研究以“Multicolor Two-photon Nanosystem for Multiplexed Intracellular Imaging and Targeted Cancer Therapy” 于近期發表在Angewandte?Chemie?International?Edition上，該材料具有良好的生物相容性、特異性細胞攝取和高效的細胞內藥物釋放等優點，為體內控釋藥物的生物醫學應用提供了基礎。

　　文章亮點：

　　1、這個納米系統包括兩個組成部分，即多色雙光子介孔二氧化硅納米粒子和癌細胞靶向適配體。在與癌細胞孵育后，裝載Dox和核酸適體覆蓋的MTP-MSNs可以內化到細胞中，打開孔并釋放藥物。此外，利用雙光子多色熒光可作為多色雙光子細胞內成像的良好造影劑，增加成像深度并改善組織的空間定位。

　　2、通過改變三種染料在介孔二氧化硅納米粒子中的摻雜比例，納米粒子在單個近紅外波長激發下呈現雙光子多色熒光。它們分布均勻，熒光強度高，光穩定性好。熒光發射光譜可以通過優化納米粒子中染料的數量來調節，這一特性將克服許多有機染料斯托克斯位移小的缺點，使多色熒光納米材料能夠在具有內源熒光的生物樣品中觀察到。

可見光下不同染料摻雜組合的MTP-MSN樣品

　　3、在介孔MTP-MSN納米粒子上使用適配體作為孔封閉劑提供了設計遞送納米載體的有效工具，該遞送納米載體能夠響應特定腫瘤細胞選擇性地釋放負載的藥物由于核酸適體連接誘導核仁素受體在靶腫瘤細胞上的特異性結合和攝取。結果表明，適配體包被的MTP-MSNs@DOX，顯著降低了DOX對正常細胞的副作用，增加了腫瘤細胞的損傷。

細胞活性測定