上海应用物理研究所设计 DNA 化学反应网络实现细胞行为的程序化调控


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2017-10-09 10:22:56.0

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近日,中科院上海应用物理研究所在程序控制化学反应网络(Chemical Reaction Networks, CRN)方面取得新进展,通过 DNA 分子反应构建了一种精确调控细胞粘附行为的 DNA 化学反应网络,实现了对芯片上细胞粘附行为的控制。相关研究结果发表在 Journal of the American Chemical Society 上。

CRN 在许多细胞过程中扮演着重要的角色,如动态调节细胞间以及细胞与细胞外基质间的相互作用。这些过程对生命体的新陈代谢、组织分化、衰老死亡等起到重要的调控作用。人造基质充分模拟了生物系统,为药物传递、生物分离、细胞工程等提供了可行的平台。然而,目前大部分基质的设计只针对单一变量,难以模拟生命体实现复杂的功能化调控,因此创造一种多重方式程序化调控细胞行为的技术被赋予厚望。

DNA-CRN 具有信息存储量大、可编程等优势,可以设计成模块化的生物计算机。其中,链置换技术在纳米机器人、图像处理、基因调控以及神经计算方面发挥出很大的潜力。对细胞粘附行为的调控有助于深入研究生命体,细胞外环境对细胞行为的刺激过程起到至关重要的作用,而如果完全模拟胞外基质与细胞间的相互作用,人们需要同时进行多种反应。针对这一问题,上海应用物理研究所物理生物学研究室的樊春海研究员(点击查看介绍)与华东师范大学的裴昊教授(点击查看介绍)合作,指导博士生瞿祥猛、王少鹏、葛志磊等构建了一种 DNA 化学反应网络,通过引入细胞因子 RGD,实现了对细胞粘附行为的程序化操控。该过程快速且对细胞无损伤,由于只与 DNA 序列设计有关,因此很容易实现对细胞行为的操纵。这一研究为操纵生物信号、动态调控微观环境、构建器官芯片等提供了新的途径。

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.7b04040

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