DNA、肽和蛋白質(zhì)由于其化學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能特性而成為開發(fā)新型診斷探針和治療藥物的有吸引力的候選材料。然而，由于它們的親水性、電荷和快速降解，它們的細(xì)胞攝取量低，因此在這種能力和臨床轉(zhuǎn)化方面的應(yīng)用仍然受到很大限制。目前，已經(jīng)開發(fā)出一些方法來(lái)克服這些缺點(diǎn)并促進(jìn)攝取，例如使用脂復(fù)合物、細(xì)胞穿透肽和納米粒子復(fù)合物。雖然這些方法在增加細(xì)胞攝取方面有效，但它們可能具有細(xì)胞毒性且不穩(wěn)定，從而限制了它們?cè)隗w內(nèi)的適用性。球形核酸（SNA）是一種具有密集的徑向寡核苷酸外殼的納米顆粒，是一類很有前途的納米結(jié)構(gòu)，與線性鏈以明顯不同的方式與生物相互作用。通過與A型清道夫受體的結(jié)合，SNA在60多種不同類型的細(xì)胞中表現(xiàn)出快速的細(xì)胞攝取，這一特性源于寡核苷酸的密集排列。此外，DNA外殼在空間上抑制降解蛋白質(zhì)，從而在體內(nèi)產(chǎn)生優(yōu)越的SNA穩(wěn)定性。雖然 SNA 已被用作各種探針和治療的平臺(tái)，但在某些方面，它們的三維結(jié)構(gòu)通過需要密集的各向同性功能化來(lái)獲得這些有利特性而施加了不必要的限制。因此，結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量有限的小分子、DNA/RNA、肽和小蛋白質(zhì)缺乏可靠和生物相容性的細(xì)胞遞送方法。鑒于此，西北大學(xué)Chad A. Mirkin院士等人合成了 DNA 樹突，即從單個(gè)分支點(diǎn)輻射出的分子定義明確的 DNA 簇，并用核酸和肽貨物對(duì)其進(jìn)行功能化，以探索它們的細(xì)胞攝取特性。成果發(fā)表在JACS上。
DNA樹突以前通過兩種方法合成：雜交介導(dǎo)的組裝和固相共價(jià)方法。基于雜交的方法依賴于非共價(jià)相互作用，通過去雜交和結(jié)構(gòu)重排使它們?nèi)菀自谏锃h(huán)境中降解。相比之下，使用亞磷酰胺化學(xué)的固相 DNA 合成能夠合成確定的、共價(jià)連接的結(jié)構(gòu)。然而，目前最先進(jìn)的 DNA 樹突共價(jià)合成通常表現(xiàn)出低產(chǎn)率，這會(huì)因多個(gè)所需的純化步驟而加劇。研究人員確定了低產(chǎn)量的原因是分子間位阻、分子內(nèi)位阻和靜電位阻以及固體支持物-DNA 位阻。該課題組通過系統(tǒng)地解決這些問題，以大于 10% 的純化后產(chǎn)量合成了具有大小、長(zhǎng)度和世代控制的 DNA 樹突，與之前的受控樹突合成嘗試相比，增加了 20 多倍。合成的 DNA 樹突包含三個(gè) (3BD)、六個(gè) (6BD) 或九個(gè)(9BD) 分支。在分枝區(qū)域和莖之間加入熒光團(tuán)，用作體外和體內(nèi)研究中的熒光標(biāo)記。
研究人員發(fā)現(xiàn) DNA 樹突在處理 1 小時(shí)后就被 90% 的樹突細(xì)胞內(nèi)化，與線性對(duì)應(yīng)物相比，每個(gè)細(xì)胞的 DNA 傳遞增加了 20 倍以上。這種效應(yīng)是由于 DNA 樹突與細(xì)胞表面清道夫受體 A 的相互作用，導(dǎo)致它們的快速內(nèi)吞作用。
為了研究 DNA 樹突結(jié)合是否影響肽的細(xì)胞加工，研究人員測(cè)量了 Ova 肽與受體（MHC）結(jié)合的頻率。MHC 負(fù)責(zé)識(shí)別免疫原性肽，并在這些肽序列的基礎(chǔ)上，教導(dǎo)其他免疫細(xì)胞靶向什么。6BD 和9BD 樹突能夠?qū)⑦^去極難傳遞的生物分子（如OVA）攜帶到細(xì)胞中，并且樹突傳遞的肽被細(xì)胞吸收并識(shí)別以進(jìn)行后續(xù)處理。這種增強(qiáng)是由于DNA樹突能夠誘導(dǎo)快速攝取，同時(shí)防止細(xì)胞外肽降解。重要的是，這些發(fā)現(xiàn)證實(shí)了樹突綴合不會(huì)阻礙肽的細(xì)胞加工。這些 DNA 樹突-肽偶聯(lián)物為開發(fā)強(qiáng)大的基于肽的疫苗提供了一條新途徑。此外，6BD 樹突能夠比當(dāng)前的臨床制劑更有效地提供功能性、治療相關(guān)的肽（胸腺素 α 1 肽），從而產(chǎn)生更強(qiáng)的下游細(xì)胞反應(yīng)。
圖|DNA 樹突介導(dǎo)的臨床相關(guān)肽 Ta1 的傳遞綜上所述，本文開發(fā)了一種通用方法，利用分子定義的 DNA 樹突將功能性生物分子傳遞到細(xì)胞中。它們易于合成和功能化表明它們具有用作各種材料（即小分子、DNA/RNA、肽和蛋白質(zhì)）的細(xì)胞遞送劑的潛力。事實(shí)上，DNA 樹突提供了一種簡(jiǎn)單、有效和生物相容的方法，可以將各種診斷和治療材料輸送到以前很難甚至不可能輸送到細(xì)胞的生命系統(tǒng)。因此，DNA 樹突有望對(duì)下一代診斷工具、疫苗和療法的開發(fā)產(chǎn)生重大影響。
DNA Dendrons as Agents for Intracellular Delivery. J. Am. Chem. Soc. 2021.
https://doi.org/10.1021/jacs.1c07240
