近日，麻省理工學院Mark Bathe和Grant A. Knappe等人在Nature Reviews Materials綜述了功能化DNA折紙以研究生物系統并與之相互作用的相關進展。
DNA折紙法能夠在1–100nm長度范圍內高產量地制造DNA納米結構。在這種方法中，通過Watson–Crick堿基配對，使用短寡核苷酸“短鏈”將長單鏈DNA（ssDNA）“支架”折疊成所需形狀。DNA折紙法現在可以生成2D和3D磚狀幾何圖形、復雜的線框組件和更高階的上層結構。對于具有挑戰性的序列設計，自上而下的設計算法已經實現了納米結構的快速原型化，并使這一技術向更廣泛的科學家和工程師普及。定制支架制造、生物和酶促短纖維合成以及大規模熱退火的進展使得現在可以實現大規模生產DNA折紙。隨著DNA折紙納米結構設計和制造中的幾個瓶頸被克服，DNA折紙被廣泛應用于探測生物系統，并具有轉化生物材料的潛力。
DNA折紙在應用于詢問和與生物系統交互時特別有用，因為它能夠在納米長度尺度上定位生物活性部分。例如，功能化的DNA折紙納米結構已用于確定控制免疫受體激活和酶活性的納米級性質。通過將分子運動編程為納米級酶陣列，可以增強酶級聯系統。用不同納米尺度間距的小分子抗原功能化的DNA折紙納米結構能夠確定抗體-抗原相互作用的空間耐受性，而功能化的二十面體納米結構揭示了B細胞受體活化的空間規則。
DNA折紙還能夠通過在治療應用中執行布爾邏輯來計算，從而在體外和體內遞送小分子、核酸和治療蛋白。例如，在動物模型中，模塊化DNA折紙納米管向腫瘤輸送治療蛋白，向樹突狀細胞輸送抗原肽和佐劑，向腫瘤輸送小干擾RNA和化療藥物。這些遞送研究強調，單個DNA折紙納米結構可用于廣泛不同的應用，這取決于它的功能化。這種模塊化將DNA折紙定位為一種新興的疾病不可知生物材料，用于廣泛的治療遞送和疫苗應用。
所有上述實例可大致分類為分子生物物理學研究、細胞生物物理學研究或貨物運輸研究。對于這些應用中的每一種，DNA折紙納米結構都需要用從小分子到大蛋白的廣泛生物活性部分進行功能化。每種類型的研究還需要不同的功能化技術、制造規模、穩定性和成本，從而產生一套特定的合適方法。
在這篇綜述中，研究人員描述了DNA折紙是如何功能化、純化和表征的，并討論了每種方法在不同應用背景下的優勢和局限性。研究人員害確定需要在這一領域進行創新以進一步推進該領域，以及有助于促進DNA折紙向臨床應用轉化的研究領域。
Knappe, G.A., Wamhoff, EC. & Bathe, M. Functionalizing DNA origami to investigate and interact with biological systems. Nat Rev Mater (2022). https://doi.org/10.1038/s41578-022-00517-x
