仰大勇團隊 PNAS：DNA水凝膠分離外泌體，應用于重大疾病檢測和治療

2023-07-07 來源：高分子科技

近期，天津大學化工學院仰大勇教授團隊在DNA功能材料用于生物顆粒分離和應用方面取得新進展，團隊設計了基于多聚核酸適配體的DNA水凝膠，實現了復雜生物體系中外泌體的高特異性和低損傷分離，應用于臨床乳腺癌患者血清樣本中外泌體microRNA的檢測和大鼠心肌梗死模型的有效治療，相關成果發表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（美國科學院院刊）。仰大勇教授和姚池副教授為共同通訊作者，博士生唐建普、碩士生賈雪梅和碩士生李倩為共同第一作者。該工作得到國家自然科學基金等資助支持。

外泌體是一類由細胞分泌、直徑約100 nm的囊泡，含有豐富的核酸、蛋白質、脂質等生物活性分子。近年來，外泌體被證實具有參與細胞間通訊、調節生理病理過程等功能，在疾病的發生發展過程中發揮著重要作用，已作為新興的疾病診斷標志物和疾病治療藥物。從復雜的生物體系中高特異性、低損傷地分離外泌體是下游檢測和治療等生物應用的重要基礎。DNA適配體是一類具有分子識別能力的DNA單鏈，可以與外泌體表面的靶標分子特異性地結合，在外泌體分離方面極具應用潛力。利用DNA的序列可編程性和適配體的分子識別功能，開發外泌體識別分離新方法，實現對外泌體的高特異性、低損傷分離，有望推動外泌體在生物醫學領域的發展和應用。

圖1. 基于多聚DNA適配體的水凝膠用于外泌體分離的示意圖。

仰大勇教授團隊開發了一種基于多聚適配體DNA網絡的外泌體分離策略，實現了復雜生物體系中（血清、培養基等）外泌體的高特異性和低損傷分離。該策略通過酶促滾環擴增反應合成含有多聚適配體的DNA超長單鏈，將DNA單鏈加入生物體系中，含有多聚適配體的DNA鏈能夠通過特異性識別外泌體上CD63蛋白實現外泌體捕獲。隨后，加入另一條DNA超長單鏈，兩條DNA單鏈通過堿基互補雜交形成交聯網絡，DNA網絡將捕獲的外泌體包封在網絡中，實現將外泌體從液態樣品分離至固態網絡水凝膠中。外泌體的可控釋放可以由兩種方法實現：1）酶降解法，利用脫氧核糖核酸酶降解DNA網絡實現外泌體的釋放；2）鏈置換法，引入與DNA網絡親和力更高的置換鏈，在不破壞網絡的情況下實現外泌體的釋放。結果表明，通過這兩種方法釋放的外泌體均保持了良好的結構和成分完整性。在此基礎上，開發了分離-檢測一體化的方法，將分子信標和信號探針整合在DNA網絡中，在分離外泌體的同時檢測外泌體內部靶標microRNA-21，實現了乳腺癌臨床樣本和健康供體樣本的精準區分。另一方面，該網絡系統還可以應用于分離-治療一體化，將捕獲有間充質干細胞來源外泌體的DNA網絡水凝膠注射到心肌梗死模型大鼠的胸腔內，實現了大鼠心肌修復和心臟功能的有效改善。這項工作針對外泌體生物應用的難題，構建了功能DNA網絡水凝膠，實現了復雜生物體系中外泌體的分離，并探索了在重大疾病診斷和治療等生物醫用領域的應用潛力。

原文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303822120

仰大勇課題組以生物大分子DNA為研究主線，聚焦DNA生物功能材料化學組裝與智能制造，探索在生命分析和疾病治療中的應用。

課題組主頁：http://yanglab-dna.com/

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（責任編輯：xu）

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