近日，《自然•通訊》以"Design and fabrication of flexible DNA polymer cocoons to encapsulate live cells"為題發表了我校生命科學學院李根喜教授課題組在細胞組裝方面的最新研究成果（Nature Communications, 2019, 10: 2946, DOI: 10.1038/s41467-019-10845-2）

細胞組裝與包裹是生物傳感、組織工程、細胞移植與治療等領域的關鍵技術，同時，對包裹細胞的精準操控是實現多類型、多層次細胞有序組裝的重要基礎，也是後續生物醫學應用研究的關鍵技術瓶頸。因此，發展功能可調、精準可控的細胞組裝與包裹方法是多個研究領域的迫切需求。

圖1. 基于原位DNA導向分子聚合反應（in situ DNA-oriented polymerization, isDOP）的單細胞包裹。該方法适用于多種細胞類型的包裹，包括細菌、酵母和哺乳動物等細胞。

日前，我校生命科學學院李根喜教授課題組提出了一種基于生物合成方法的原位、程序化和生物相容的細胞包裹方法，該方法利用天然的DNA聚合反應在細胞表面原位合成與編織DNA高分子聚合物，從而在細胞周圍組裝成"繭"狀的DNA網絡分子結構（如圖1）。該方法通過先後引入一對特異的DNA引物，協調兩組滾環擴增（RCA）反應R1和R2，從而在細胞表面擴增出兩種串聯重複的長單鍊DNA作為編織材料（如圖2）。基于配對規則，并通過設計模闆和引物，使擴增出的長單鍊DNA實現相互交叉與編織，最終在細胞表面形成網絡狀結構。借助高度可控的DNA聚合反應以及DNA分子精準配對的特性，該方法可以對細菌、酵母、哺乳動物細胞等多種類型的細胞進行包裹；并且可以通過調節特異RCA引物的表面密度和反應濃度，實現細胞表面DNA"繭"多個特性的調控。

圖2. 兩組協同的RCA擴增反應在細胞表面形成DNA網絡結構。

該方法相對于其它細胞包裹技術具備獨特的優勢：1）DNA聚合反應及其産物的生物相容性為細胞包裹提供了有利的環境；2）DNA材料高度可調的特性（核苷酸類似物、類磷酸骨架、DNA修飾酶等）為包裹層多種特性的引入提供了廣泛的空間和可能；3）精準的DNA堿基配對可實現分子水平的組裝和操控，為細胞的精準操作提供了基礎。基于上述特性，該研究基于DNA分子特性，對包裹的細胞進行DNA編碼，實現了包裹細胞的精準捕獲與分選，如（圖3），為将來多種應用（如細胞作用網絡的調控、幹細胞功能調控、組織再生工程等）創造了條件。

圖3.基于限制性内切酶的細胞DNA"繭"編輯與細胞精準操作。

該成果于7月3日在《自然•通訊》公開發表，論文第一作者是我校博士後高濤（現為南京師範大學副教授），李根喜教授是論文的通訊作者。研究工作得到了國家博士後創新人才支持計劃項目、國家自然科學基金面上及重點項目的支持。