院内新闻

首页/院内新闻

周翔团队和邓鹤翔团队联袂提出转染材料设计新思路

作者:     点击:385      时间:2018-04-09

国际权威期刊 Nature Communications(《自然•通讯》)在线发表化学与分子科学学院周翔教授团队和邓鹤翔教授团队在MOF(Metal-organic framework,金属有机框架材料)及DNA领域的合作研究成果。

该工作报道了新型介孔MOF材料的设计合成及生物应用拓展,首次实现了单链DNA在非病毒载体中大量负载、精确保护及高效释放,并采用最具挑战的免疫细胞验证了MOF对DNA的高效转染能力,为基因编辑和基因治疗研究中起关键作用的转染材料的设计提供了新思路。

论文题为Metal-Organic Frameworks for Precise Inclusion of Single Stranded DNA and Transfection in Immune Cells(《MOF对单链DNA的精确负载及免疫细胞的转染》)。化学与分子科学学院2015级博士生彭双、高等研究院2016级博士生别秉霖为共同第一作者,化学与分子科学学院大型仪器中心副研究员丛恒将参与该研究,周翔和邓鹤翔为共同通讯作者。

MOF是一种新型的晶态孔材料,目前大多数研究集中在MOF对气体小分子和有机分子的吸附和释放,而MOF和生物大分子的作用研究较少。我校研究人员采用具有类阿司匹林结构单元的有机配体构筑了一系列具有一维孔道的、低细胞毒性的、介孔金属有机框架材料(Ni-IRMOF-74-II to -V);孔径大小能够由2.2逐步增大到4.2纳米,实现了对单链DNA分子(ssDNA,长度从11-53 nt)的可控负载。同步辐射X射线衍射结果首次清晰地揭示了ssDNA在MOF晶格中的分布行为。研究人员通对MOF的孔径的精确调控,系统地研究了MOF和ssDNA之间的相互作用类型。由于MOF能提供分子级别可控的孔道大小和孔环境,ssDNA分子能够大量负载进入MOF孔道,并在输运过程中保护DNA分子免受酶的降解。进入细胞后,这些负载的ssDNA分子能够在含有互补链的DNA作用下实现快速及大量的释放。

在整个过程中,MOF与DNA分子的弱相互作用尤为重要,此作用的强度保证了ssDNA在MOF中的高效负载和有效保护,然而此相互作用又弱于氢键,从而负载的ssDNA能够在目标细胞中成功与互补链配对,从而离开MOF孔道,实现高效释放。Ni基IRMOF-74-II和IRMOF-74-III体系能够对小鼠及人体多种免疫细胞实现良好的转染效果,其效率均高于商业化试剂Lipo和Neofect,且用量更少,毒性更低。

该研究得到中组部青年千人计划、基金委重大研究计划重点项目、培育项目、基金委面上项目、湖北省重点项目和武汉大学创新团队项目的支持。


原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-03650-w




转自武大网站