团队使用DNA链人工重建细胞骨架

在UCL研究人员领导的一项研究中，使用DNA链人工重建了赋予细胞形状并帮助确定其功能的微小管和线状结构。

这项发表在《自然通讯》上的研究代表了向合成“智能细胞”迈出的关键一步，这种合成“智能细胞”可用于感知疾病、输送药物或修复体内受损细胞。

细胞的大小约为千分之一毫米，是所有生命的基本单位。它们包含由蛋白质制成的“骨架”，可实现多种功能，例如提供结构支持、帮助细胞四处移动以及在细胞内运输物质。

使用蛋白质重新创建这些管和线具有挑战性，因此研究人员使用DNA链作为构建块，并且能够精确定制结构的尺寸(从大约20到400纳米厚)和刚度(从柔性到超-死板的)。

这些管和线被整合到细胞样囊内，并被包裹在囊的外部——起到细胞骨架(细胞内)或外骨骼(细胞外)的作用。大多数细菌都具有外骨骼，而植物、动物和其他多细胞生物则具有细胞骨架。

发现管和线可以稳定囊(囊泡)，减少它们破裂的可能性，这与这些骨骼结构在真实细胞中的工作方式类似。

该团队还能够通过使用外部磁铁将磁性纳米粒子附着到结构上，实时控制管和纤维在囊泡内的确切位置。

资深作者JonathanBurns博士(伦敦大学学院化学系)说：“DNA被大自然用来存储遗传信息，但它也可以用作构建纳米结构的建筑材料。我们对DNA进行了重新编程，以在模型细胞和组织内形成合成骨架结构。

“我们相信这项工作可以帮助解锁未来能够感知疾病的智能细胞，通过与它们融合来修复受损细胞，并以更有针对性的方式提供药物——例如，通过携带药物或抗生素并将其准确地释放到它所在的位置体内需要。

“这项初步研究给出了有希望的迹象，表明这些原始细胞对人类的毒性可能有限，下一步是从实验室转移到动物身上，以进一步研究这些原始细胞如何与活组织相互作用。

“我们需要确保它们在体内稳定并能够在血液中循环——然后我们才能使它们适应癌症或致病菌。”

此外，研究人员展示了他们的原始细胞如何结合形成类似于活组织的东西。他们将原始细胞置于水和糖的溶液中。细胞下沉(因为它们比溶液重)并且水的蒸发引起了将细胞推到一起的涡流。通过在细胞外部放置纳米管或纤维(使细胞具有“毛茸茸”的外观)，该团队能够将这些细胞更紧密地结合在一起。这导致细胞失去其球形并形成蜂窝状图案。

第一作者NishkanthaArulkumaran博士(伦敦大学学院医学部)说：“我们在这些原始细胞中使用的许多构建模块自然存在于体内，我们希望扩展这一点，以便我们可以完全从脂质等物质中创造智能细胞通常存在于我们的身体中，因此很容易被分解并被回收或丢弃。”

研究人员通过将DNA链放入氯化镁溶液中来制造管和线，氯化镁溶液被加热，然后以每分钟半度的固定速率冷却。这触发了DNA自组装成有序结构。通过改变溶液中的镁浓度，研究人员能够确定结构的尺寸和刚度。

为了形成囊泡并在这些囊泡内获得纳米结构，该团队使用了一种既定方法，将纳米结构置于水和糖(蔗糖)溶液中，并将其添加到一层油和脂质以及另一层葡萄糖中。

旋转(离心)这种物质的组合会产生油滴和由双层脂质组成的膜，模仿将细胞与外界隔开的膜，纳米结构在这些液滴内部迁移。