囊泡（被膜包裹的微小氣泡）在細(xì)胞和細(xì)胞外空間中大量存在，執(zhí)行著重要的任務(wù)，包括營養(yǎng)吸收、貨物運(yùn)輸和廢物限制。直徑小于150nm的囊泡，如許多運(yùn)輸和分泌囊泡，通常由蛋白質(zhì)根據(jù)其膜曲率和化學(xué)成分來識別和操作。因此，在此大小范圍內(nèi)的均一大小的脂質(zhì)體（由合成成分制成的囊泡）特別適合準(zhǔn)確地概括細(xì)胞囊泡的結(jié)構(gòu)和行為。
用于控制亞150 nm脂質(zhì)體大小的經(jīng)典方法，包括小的單層囊泡（SUV），依賴于脂質(zhì)體的形成條件（例如，脂質(zhì)成分和溶劑與水的混合比）以及形成后的均勻化（例如，擠壓和超聲）和純化（例如，離心和尺寸排除色譜法）。生產(chǎn)結(jié)果與一組經(jīng)驗(yàn)確定的參數(shù)有關(guān)，這些參數(shù)可能不可獨(dú)立調(diào)節(jié)，從而限制了用戶選擇性改變脂質(zhì)體大小和組成的能力。
目前主要依賴于兩種方法控制脂質(zhì)體的大小：
1）第一種是基于微流體的系統(tǒng)，但是它們通常需要內(nèi)部制造的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。
2）另一種有希望的方法是通過DNA納米模板指導(dǎo)脂質(zhì)雙層的自組裝。盡管它可以有效地形成具有可編程膜蛋白化學(xué)計(jì)量比的尺寸控制的脂質(zhì)體，但是由于每種脂質(zhì)體配置都需要唯一的DNA模板并且脂質(zhì)回收率相對較低，因此該方法在批量生產(chǎn)中成本很不低廉。此外，洗滌劑的使用限制了相容性貨物分子的選擇。
成果簡介
鑒于此，耶魯大學(xué)ChenxiangLin和復(fù)旦大學(xué)顧宏周等人報(bào)告了一種通用且可擴(kuò)展的分選技術(shù)，該技術(shù)使用膽固醇修飾的DNA“納米磚”通過其浮力密度來區(qū)分大小不一的脂質(zhì)體，該策略可與多種脂質(zhì)體制造方法結(jié)合使用。成果發(fā)表在Nature Chemistry上。
中心思想
雖然典型的脂質(zhì)雙層比水溶液輕，但大小不同的脂質(zhì)體但是膜相同的和內(nèi)部成分相同的在浮力密度上只有輕微的差別，因?yàn)橹|(zhì)體的水腔構(gòu)成了它的大部分質(zhì)量。但是，球形脂質(zhì)體的表面積體積比（S/V）隨著尺寸的增加而迅速減小（也就是說，表面積體積比與半徑成反比），這就提供了一個(gè)機(jī)會，通過在脂質(zhì)體中廣泛地涂覆一層致密材料（類似于將磚塊附著到氦氣球上）來擴(kuò)大它們之間的浮力密度差。從理論上講，當(dāng)被這種分子磚包裹時(shí)，較小的脂質(zhì)體會比大脂質(zhì)體獲得更大的密度，這就允許通過等密度離心分離脂質(zhì)體。
圖|DNA磚輔助脂質(zhì)體分選方案和結(jié)果
材料選擇
研究人員選擇DNA作為涂層材料是因?yàn)槠渚哂懈叩母×γ芏取⒊錾娜芙庑裕删幊痰淖越M裝行為以及易于與疏水性分子結(jié)合的特性。建立了兩個(gè)DNA結(jié)構(gòu)，一個(gè)三尖星（?86kD）和一個(gè)六螺旋束棒（?189 kD），每個(gè)末端都有一個(gè)膽固醇DNA結(jié)構(gòu)為膜錨。每個(gè)結(jié)構(gòu)僅放置一個(gè)疏水分子可最大程度地減少磚在脂質(zhì)體表面上的覆蓋面積，并限制聚集和膜變形。
圖|篩選含有自切割脫氧核酶的脂質(zhì)體
簡化分選過程
這種方法可以將毫克脂質(zhì)體（不論其來源和化學(xué)組成）分為6至8個(gè)均質(zhì)群，平均直徑為30-130nm。研究人員表明，這些均勻、耐泄漏的脂質(zhì)體可作為理想的底物，以前所未有的分辨率研究膜曲率如何影響外周膜蛋白（ATG3）和整體膜蛋白（SNARE）活性。與傳統(tǒng)方法相比，該分選技術(shù)代表了簡化的過程，可實(shí)現(xiàn)卓越的脂質(zhì)體大小均勻性，這有利于膜生物學(xué)研究和脂質(zhì)體藥物遞送系統(tǒng)的開發(fā)。
圖|使用大小均一的脂質(zhì)體研究了ATG3催化的GL1脂質(zhì)化反應(yīng)
圖|SNARE介導(dǎo)的膜融合研究使用大小均一的脂質(zhì)體
小結(jié)
自組裝DNA納米結(jié)構(gòu)以許多非傳統(tǒng)的方式與脂質(zhì)雙層連接，以實(shí)現(xiàn)可編程膜工程的目標(biāo)。本文的DNA磚輔助脂質(zhì)體分選方法進(jìn)一步提高了DNA納米技術(shù)的膜工程能力。具體而言，這項(xiàng)技術(shù)的簡單性和魯棒性，使得它可以很容易地適用于任何有研究級超速離心機(jī)的生化實(shí)驗(yàn)室。未來的方法發(fā)展將受益于DNA納米結(jié)構(gòu)的可編程性。除了在基礎(chǔ)研究中的實(shí)用性，還設(shè)想這種方法（以其當(dāng)前或適應(yīng)的形式）在生物技術(shù)中找到應(yīng)用，例如在幫助開發(fā)藥物遞送脂質(zhì)體以及分離疾病特異性細(xì)胞外囊泡方面。
參考文獻(xiàn)：
Yang, Y., Wu, Z., Wang,L. et al. Sorting sub-150-nm liposomes of distinctsizes by DNA-brick-assisted centrifugation. Nat. Chem. (2021).
https://doi.org/10.1038/s41557-021-00667-5
