上海交大杨宇&同济朱小立Chem：基于滚环扩增技术的DNA-酶偶联物在生物医学领域展现广阔前景
学术
2024-11-02 22:15
中国香港
近日，上海交通大学杨宇教授团队联合同济大学附属第十人民医院朱小立教授团队在《Chem》（Cell Press）期刊上发表了最新研究，为酶在生物医学领域的应用开辟了新方向。研究团队成功开发了一种基于滚环扩增（RCA）技术的长链多价DNA-酶偶联物，具有核壳型纳米结构（RCA-DEN），显著提升了酶的稳定性和功能性，并展示出在疾病诊断、治疗等生物医学应用中的巨大潜力。研究成果以“Rolling Circle Amplification-based DNA-Enzyme Nanostructure for
Immobilization and Functionalization of Enzymes”为题发表在《Chem》期刊上。酶作为一类具有精妙结构和多样功能的生物大分子，在生物医学领域中扮演着重要角色。然而，酶在实际应用中常面临不稳定、靶向性差、递送复杂等挑战。针对这些问题，研究团队创新性地提出了基于RCA技术的DNA-酶偶联纳米结构解决方案。通过RCA技术高效引入高密度功能DNA，在酶表面形成核壳结构的DNA-酶偶联物（RCA-DEN），这种设计不仅显著增强了酶和DNA的稳定性，还保留了酶的催化活性，成功应对了酶在实际应用中的技术难题。研究团队通过一系列严格实验验证了RCA-DEN的优异性能。结果显示，RCA-DEN在制备过程中能够有效保留酶和DNA的活性，并在储存、抗核酸酶降解、抗蛋白酶降解及极端环境下表现出卓越的稳定性，为其在复杂生物环境中的应用奠定了坚实基础。在功能验证方面，RCA-DEN展现了出色的选择性催化和级联催化能力。尤其是在多巴胺检测中，RCA-DEN
HRP通过多巴胺适配体实现了多巴胺的高效选择性富集与催化，为生物传感与生物分析提供了全新思路。此外，RCA-DEN
GOx实现了从葡萄糖到过氧化氢，再到显色底物的高效级联催化，为葡萄糖检测提供了一种准确而高效的方法。图2：RCA-DEN介导的饥饿与化学动力学协同疗法更令人振奋的是，RCA-DEN在肿瘤治疗中展现了广阔前景。研究团队通过掺杂锰离子（Mn²⁺），制备出Mn掺杂的RCA-DEN GOx（RCA-DEN
GOx-Mn），展现出卓越的抗肿瘤效果。实验表明，RCA-DEN GOx-Mn能在肿瘤部位消耗葡萄糖并产生过氧化氢，进一步通过Mn²⁺催化生成羟基自由基，成功实现饥饿疗法与化学动力学疗法的协同抗肿瘤效果。体内实验进一步验证了其显著的抑瘤作用，且无明显副作用。此外，RCA-DEN具有模块化设计与可编程性，适用于多种酶的固定化，并可通过调整模板序列实现功能的定制化设计，这一特性为其在生物医学领域的广泛应用提供了无限可能。这项研究不仅为酶在生物医学领域的应用提供了新思路与新方法，也为未来疾病诊断、治疗等生物医学技术的革新奠定了坚实基础。研究团队表示，他们将继续深入探索RCA-DEN的潜力，推动其在更多领域的应用，为人类健康事业作出更大贡献。该工作得到谭蔚泓院士的大力指导，并获得国家自然科学基金、科技部重点研发计划等多个项目支持。相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.10.002Nanolab纳米材料交流QQ群：937788022Nanolab纳米材料交流QQ群：937788022
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