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  近日，《Nature Communications》刊發(fā)了中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院夏帆教授團(tuán)隊(duì)的最新研究成果——《時(shí)空可控圖案化光響應(yīng)DNA水凝膠實(shí)現(xiàn)局部細(xì)胞響應(yīng)性調(diào)控》。該文第一作者為材料與化學(xué)學(xué)院黃福建教授，通訊作者為黃福建教授、夏帆教授以及以色列希伯萊大學(xué)Itamar Willner教授（Fujian Huang*, Mengxi Chen, Zhixin Zhou, Ruilin Duan, Fan Xia*, Itamar Willner*, Spatiotemporal patterning of photoresponsive DNA-based hydrogels to tune local cell responses, Nat. Commun. 2021, 12, 2364。

  本文是黃福建教授和夏帆教授課題組關(guān)于光響應(yīng)功能DNA系列工作之一。系列文章分別實(shí)現(xiàn)了光響應(yīng)功能DNA不同的功能和應(yīng)用，具體包括：（1）微球表面光響應(yīng)功能DNA雙光子圖案化及性能調(diào)控（Fujian Huang, Juan Zhang, Tao Li, Ruilin, Fan Xia*, and Itamar Willner*, Two-Photon Lithographic Patterning of DNA-Coated Single Microparticle Surfaces, Nano Lett. 2019, 19, 618-625）;（2）基于光響應(yīng)功能DNA探針分子的單細(xì)胞水平“光”“電”雙模態(tài)癌癥相關(guān)信使RNA檢測（Fujian Huang, Meihua Lin, Ruilin Duan, Xiaoding Lou, Fan Xia*, and Itamar Willner*, Photoactivated Specific mRNA Detection in Single Living Cells by Coupling “Signal-on” Fluorescence and “Signal-off” Electrochemical Signals, Nano. Lett. 2018, 18, 5116-5123）;（3）本研究工作中利用光響應(yīng)功能DNA構(gòu)筑光響應(yīng)DNA水凝膠實(shí)現(xiàn)局部細(xì)胞響應(yīng)性調(diào)控。

  DNA水凝膠由于其良好的組織相容性以及生物物理和化學(xué)性能可調(diào)節(jié)的特性被廣泛應(yīng)用于體外細(xì)胞三維培養(yǎng)用于模擬細(xì)胞在體內(nèi)的生長環(huán)境。通過在凝膠內(nèi)引入功能單元（如功能DNA或者多肽）并調(diào)控凝膠的軟硬程度可以模擬不同組織環(huán)境下細(xì)胞的生長環(huán)境。理解水凝膠的表面形貌、軟硬程度和各向異性應(yīng)力在時(shí)空上的差異對(duì)細(xì)胞生長的影響仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。

圖1. 功能性DNA適體圖案化DNA水凝膠實(shí)現(xiàn)局部細(xì)胞響應(yīng)性生長調(diào)節(jié)

  針對(duì)上述問題，夏帆教授團(tuán)隊(duì)在前期光響應(yīng)功能DNA研究的基礎(chǔ)上，將光響應(yīng)功能DNA應(yīng)用于功能性DNA水凝膠的構(gòu)筑和細(xì)胞培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)了光響應(yīng)DNA水凝膠時(shí)空可控圖案化及生物物理和化學(xué)性能調(diào)控以實(shí)現(xiàn)局部細(xì)胞響應(yīng)性調(diào)節(jié)。結(jié)合課題組前期發(fā)展的基于光刻掩模的單光子DNA光刻技術(shù)和無掩模的雙光子DNA光刻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了表面DNA水凝膠時(shí)空可控圖案化。在此基礎(chǔ)上，利用DNA鏈替換反應(yīng)，在不同的DNA凝膠圖案化功能區(qū)引入能夠跟靶細(xì)胞膜表面特異性相互作用的DNA序列，調(diào)控細(xì)胞在圖案化功能區(qū)的生長過程。進(jìn)一步地結(jié)合DNA雜交鏈增長反應(yīng)，調(diào)控不同凝膠圖案化功能區(qū)溶脹程度從而實(shí)現(xiàn)凝膠圖案形貌調(diào)節(jié)以及局部細(xì)胞響應(yīng)性調(diào)控，如圖1所示。

  該研究課題獲得了國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目，科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等基金項(xiàng)目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22645-8