SCHOOL OF CHEMICAL ENGINEERING AND TECHNOLOGY

天津大学仰大勇课题组JACS:DNA水凝胶网络实现干细胞特异性高效捕获2020.01.03

      近期,天津大学化工学院仰大勇课题组Journal of the American Chemical Society上发表关于DNA水凝胶网络捕获干细胞的研究。天津大学化工学院姚池博士和硕士研究生唐涵为共同第一作者。研究得到国家自然科学基金的资助支持。相关成果已申请中国发明专利。


      干细胞是一类具有自我复制能力的多潜能细胞,其中,骨髓间充质干细胞具有独特的生物学功能,如归巢到受损组织部位、分化为多种类型细胞、分泌多种生物活性分子和发挥免疫调节功能等,对生物医学研究和细胞治疗等具有重大价值。骨髓中的间充质干细胞含量极低,仅占单核细胞总数的0.001%~0.01%,因此,从数以万计的骨髓细胞中捕获干细胞且保持干细胞的活性极具挑战性。


      脱氧核糖核酸(DNA)作为生命遗传分子,是可编程的生物大分子,近年来开始用于制造新型生物材料,尤其是DNA水凝胶材料蓬勃发展(Progress in Polymer Science, 2019, 101163)。近期,天津大学化工学院仰大勇教授课题组开发了一种基于物理交联的DNA水凝胶网络的细胞捕获策略,实现了对骨髓间充质干细胞的高效捕获、三维包封和酶促释放。这种细胞捕获策略是通过两种超长DNA链协同作用实现:DNA链-1包含能高效靶向干细胞的适配体序列,特异性锚定干细胞;DNA链-2包含与DNA链-1部分互补的序列,通过与DNA链-1杂交形成三维网络,实现干细胞的三维包封;在核酸酶作用下,DNA网络被降解,干细胞可控释放。这种物理交联的DNA水凝胶网络不仅为细胞培养提供了弹性、半湿润和三维的类细胞外基质环境,而且其适当的孔径有利于营养物质的运输以及细胞代谢废物的排出,可以确保被包封的细胞保持良好的活性。在该研究基础上,利用DNA分子的可编程性和分子识别能力,可以设计具有不同结构和功能的DNA网络,为捕获和培养其他类型的细胞提供了一种通用策略。


图. 用于捕获干细胞的DNA水凝胶网络的设计

A)通过滚环扩增方法(RCA)合成超长DNA链,以及通过DNA链之间碱基互补配对形成三维DNA网络的示意图。

B)DNA网络形成过程中的分子扩散和相转化。DNA链-1和DNA链-2分别用SYBR Green II和Gel Red染色。

C)高效捕获、三维包封和酶促释放的示意图:1)捕获:将DNA链-1与骨髓间充质干细胞(BMSC)孵育,适体Apt19S锚定BMSC;2)包封:引入DNA链-2以触发DNA网络的形成,三维包封BMSC;3)释放:DNA网络可被核酸酶DNase I降解,释放BMSC。


论文信息:Chi Yao+, Han Tang+, Weijian Wu, Jianpu Tang, Weiwei Guo, Dan Luo, Dayong Yang*, Double Rolling Circle Amplification Generates Physically Crosslinked DNA Network for Stem Cell Fishing. Journal of the American Chemical Society, 2020.


原文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11001


仰大勇教授简介


      仰大勇 博士,天津大学化工学院教授、院长助理,入选国家级海外人才计划、国家优青、天津市杰青。现任天津大学校学术委员会委员、中国生物医学工程学会纳米医学与工程分会委员。课题组研究方向是材料化学与生物医学的交叉领域,聚焦DNA合成与智能制造,利用材料化学的手段理解生命系统运行机制,探索重大疾病的诊断治疗新途径。

课题组主页:http://yanglab-dna.com/