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仰大勇團(tuán)隊(duì) PNAS：DNA水凝膠分離外泌體，應(yīng)用于重大疾病檢測(cè)和治療
2023-07-07  來源：高分子科技

  近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授團(tuán)隊(duì)在DNA功能材料用于生物顆粒分離和應(yīng)用方面取得新進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于多聚核酸適配體的DNA水凝膠，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜生物體系中外泌體的高特異性和低損傷分離，應(yīng)用于臨床乳腺癌患者血清樣本中外泌體microRNA的檢測(cè)和大鼠心肌梗死模型的有效治療，相關(guān)成果發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（美國(guó)科學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金等資助支持。


  外泌體是一類由細(xì)胞分泌、直徑約100 nm的囊泡，含有豐富的核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物活性分子。近年來，外泌體被證實(shí)具有參與細(xì)胞間通訊、調(diào)節(jié)生理病理過程等功能，在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要作用，已作為新興的疾病診斷標(biāo)志物和疾病治療藥物。從復(fù)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(cè)和治療等生物應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。DNA適配體是一類具有分子識(shí)別能力的DNA單鏈，可以與外泌體表面的靶標(biāo)分子特異性地結(jié)合，在外泌體分離方面極具應(yīng)用潛力。利用DNA的序列可編程性和適配體的分子識(shí)別功能，開發(fā)外泌體識(shí)別分離新方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)外泌體的高特異性、低損傷分離，有望推動(dòng)外泌體在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)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(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于多聚適配體DNA網(wǎng)絡(luò)的外泌體分離策略，實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜生物體系中（血清、培養(yǎng)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(huán)擴(kuò)增反應(yīng)合成含有多聚適配體的DNA超長(zhǎng)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(shí)別外泌體上CD63蛋白實(shí)現(xiàn)外泌體捕獲。隨后，加入另一條DNA超長(zhǎng)單鏈，兩條DNA單鏈通過堿基互補(bǔ)雜交形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，DNA網(wǎng)絡(luò)將捕獲的外泌體包封在網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)將外泌體從液態(tài)樣品分離至固態(tài)網(wǎng)絡(luò)水凝膠中。外泌體的可控釋放可以由兩種方法實(shí)現(xiàn)：1）酶降解法，利用脫氧核糖核酸酶降解DNA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)外泌體的釋放；2）鏈置換法，引入與DNA網(wǎng)絡(luò)親和力更高的置換鏈，在不破壞網(wǎng)絡(luò)的情況下實(shí)現(xiàn)外泌體的釋放。結(jié)果表明，通過這兩種方法釋放的外泌體均保持了良好的結(jié)構(gòu)和成分完整性。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了分離-檢測(cè)一體化的方法，將分子信標(biāo)和信號(hào)探針整合在DNA網(wǎng)絡(luò)中，在分離外泌體的同時(shí)檢測(cè)外泌體內(nèi)部靶標(biāo)microRNA-21，實(shí)現(xiàn)了乳腺癌臨床樣本和健康供體樣本的精準(zhǔn)區(qū)分。另一方面，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可以應(yīng)用于分離-治療一體化，將捕獲有間充質(zhì)干細(xì)胞來源外泌體的DNA網(wǎng)絡(luò)水凝膠注射到心肌梗死模型大鼠的胸腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了大鼠心肌修復(fù)和心臟功能的有效改善。這項(xiàng)工作針對(duì)外泌體生物應(yīng)用的難題，構(gòu)建了功能DNA網(wǎng)絡(luò)水凝膠，實(shí)現(xiàn)了復(fù)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(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)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(xué)組裝與智能制造，探索在生命分析和疾病治療中的應(yīng)用。

  課題組主頁：http://yanglab-dna.com/

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