上海应用物理研究所设计DNA化学反应网络实现细胞行为程序化调控

文章来源:上海应用物理研究所  |  发布时间:2017-10-09  |  【打印】 【关闭

  

近日,上海应用物理研究所在程序控制化学反应网络(Chemical Reaction Networks, CRN)研究方面取得新进展,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,实现对芯片上细胞粘附行为的控制。相关研究结果发表在J. Am. Chem. Soc.2017, 139, 10176。

CRN在诸多细胞过程中扮演重要角色,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,难以如同生命体实现复杂功能化调控。因而,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,可被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已经发挥出很大潜力。对细胞粘附行为的调控有助于深层次的研究生命体。细胞外环境对细胞行为刺激过程起到至关重要的作用,而若想完全模拟胞外基质与细胞间的相互作用,需同时进行多种反应。针对这一问题,上海应用物理研究所物理生物学研究室研究员樊春海与华东师范大学教授裴昊合作,指导博士瞿祥猛、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。由于该过程只跟DNA序列设计有关,因此很容易实现对于细胞行为的操纵。这一研究为操纵生物信号、动态调控微观环境,器官芯片构建等提供了新的途径。