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    我國學者在DNA水凝膠網絡用于干細胞捕獲領域取得進展

    日期 2020-06-10   來源:化學科學部   作者:趙志堅 姜瑋 張國俊 朱旺喜 陳擁軍  【 】   【打印】   【關閉

    圖. 雙滾環擴增策略合成物理交聯DNA水凝膠網絡用于干細胞特異性高效可控捕獲和釋放

      在國家自然科學基金項目(批準號:21621004、21622404、21575101)等資助下,天津大學仰大勇團隊在DNA水凝膠網絡用于干細胞捕獲領域取得進展。相關研究成果以“雙滾環擴增策略合成物理交聯DNA網絡用于干細胞捕獲(Double Rolling Circle Amplification Generates Physically Cross-Linked DNA Network for Stem Cell Fishing)”為題,于2020年1月1日發表在《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)上。論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11001。

      解決石油基材料發展面臨的環境污染問題刻不容緩,探尋可降解、可循環使用的生物質材料是有效途徑之一。DNA(脫氧核糖核酸)作為生命系統的核心遺傳物質,其本質是一種化學結構和生物功能都能精準可控的綠色天然生物高分子,是一種符合“綠色精準”發展理念的新型生物質材料。

      在前期工作中,科研團隊等利用樹枝狀DNA酶促延伸策略,建立了基于樹枝狀DNA的人工生命簡化研究模型,并用于研究基因區室化效應和鄰近效應。之后,進一步通過超長DNA單鏈和納米粒子復合的雙網絡構建策略,合成了基于DNA水凝膠的軟體機器人,實現了在磁導航驅動下將細胞無損遞送至限域空間。隨后,通過自由基聚合反應成功實現了DNA分子的化學交聯和高效壓縮,制備了功能化基因水凝膠。在此基礎上,研究人員通過雙滾環擴增策略,設計了兩個物理空間相互獨立的酶促體系,產生兩條序列互補的、超長DNA單鏈;在纏繞交聯臨界點之前停止酶促反應,將兩條DNA單鏈從不同物理空間轉移到同一物理空間,兩者雜交形成永久交聯點;同時,誘導DNA單鏈發生物理纏繞,形成動態交聯點。永久交聯點和動態交聯點協同形成動態雙網絡,實現了對骨髓間充質干細胞的高效捕獲、三維包封和酶促可控釋放。鑒于DNA分子序列的編程性和功能的可調性,該體系為捕獲和培養各種類型的細胞和細胞外囊泡等提供了一種通用策略。

      該研究工作充分發揮DNA作為綠色生物高分子的精準化學獨特優勢,解決生物醫學應用中涉及的重要底層技術,對于推動DNA生物功能高分子的發展和實用化具有重要意義。




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