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      干細胞是一類具有自我復(fù)制能力的多潛能細胞，其中，骨髓間充質(zhì)干細胞具有獨特的生物學(xué)功能，如歸巢到受損組織部位、分化為多種類型細胞、分泌多種生物活性分子和發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能等，對生物醫(yī)學(xué)研究和細胞治療等具有重大價值。骨髓中的間充質(zhì)干細胞含量極低，僅占單核細胞總數(shù)的0.001％~0.01％，因此，從數(shù)以萬計的骨髓細胞中捕獲干細胞且保持干細胞的活性極具挑戰(zhàn)性。

      脫氧核糖核酸（DNA）作為生命遺傳分子，是可編程的生物大分子，近年來開始用于制造新型生物材料，尤其是DNA水凝膠材料蓬勃發(fā)展（Progress in Polymer Science, 2019, 101163）。近期，天津大學(xué)化工學(xué)院仰大勇教授課題組開發(fā)了一種基于物理交聯(lián)的DNA水凝膠網(wǎng)絡(luò)的細胞捕獲策略，實現(xiàn)了對骨髓間充質(zhì)干細胞的高效捕獲、三維包封和酶促釋放。這種細胞捕獲策略是通過兩種超長DNA鏈協(xié)同作用實現(xiàn)：DNA鏈-1包含能高效靶向干細胞的適配體序列，特異性錨定干細胞；DNA鏈-2包含與DNA鏈-1部分互補的序列，通過與DNA鏈-1雜交形成三維網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)干細胞的三維包封；在核酸酶作用下，DNA網(wǎng)絡(luò)被降解，干細胞可控釋放。這種物理交聯(lián)的DNA水凝膠網(wǎng)絡(luò)不僅為細胞培養(yǎng)提供了彈性、半濕潤和三維的類細胞外基質(zhì)環(huán)境，而且其適當(dāng)?shù)目讖接欣跔I養(yǎng)物質(zhì)的運輸以及細胞代謝廢物的排出，可以確保被包封的細胞保持良好的活性。在該研究基礎(chǔ)上，利用DNA分子的可編程性和分子識別能力，可以設(shè)計具有不同結(jié)構(gòu)和功能的DNA網(wǎng)絡(luò)，為捕獲和培養(yǎng)其他類型的細胞提供了一種通用策略。

圖. 用于捕獲干細胞的DNA水凝膠網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

A）通過滾環(huán)擴增方法（RCA）合成超長DNA鏈，以及通過DNA鏈之間堿基互補配對形成三維DNA網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

B）DNA網(wǎng)絡(luò)形成過程中的分子擴散和相轉(zhuǎn)化。DNA鏈-1和DNA鏈-2分別用SYBR Green II和Gel Red染色。

C）高效捕獲、三維包封和酶促釋放的示意圖：1）捕獲：將DNA鏈-1與骨髓間充質(zhì)干細胞（BMSC）孵育，適體Apt19S錨定BMSC；2）包封：引入DNA鏈-2以觸發(fā)DNA網(wǎng)絡(luò)的形成，三維包封BMSC；3）釋放：DNA網(wǎng)絡(luò)可被核酸酶DNase I降解，釋放BMSC。

論文信息：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.

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11001

仰大勇教授簡介

      仰大勇 博士，天津大學(xué)化工學(xué)院教授、院長助理，入選國家級海外人才計劃、國家優(yōu)青、天津市杰青。現(xiàn)任天津大學(xué)校學(xué)術(shù)委員會委員、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會納米醫(yī)學(xué)與工程分會委員。課題組研究方向是材料化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)的交叉領(lǐng)域，聚焦DNA合成與智能制造，利用材料化學(xué)的手段理解生命系統(tǒng)運行機制，探索重大疾病的診斷治療新途徑。

課題組主頁：http://yanglab-dna.com/