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图. 双滚环扩增策略合成物理交联DNA水凝胶网络用于干细胞特异性高效可控捕获和释放
在国家自然科学基金项目（批准号：21621004、21622404、21575101）等资助下，天津大学仰大勇团队在DNA水凝胶网络用于干细胞捕获领域取得进展。相关研究成果以“双滚环扩增策略合成物理交联DNA网络用于干细胞捕获（Double Rolling Circle Amplification Generates Physically Cross-Linked DNA Network for Stem Cell Fishing）”为题，于2020年1月1日发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11001。
解决石油基材料发展面临的环境污染问题刻不容缓，探寻可降解、可循环使用的生物质材料是有效途径之一。DNA（脱氧核糖核酸）作为生命系统的核心遗传物质，其本质是一种化学结构和生物功能都能精准可控的绿色天然生物高分子，是一种符合“绿色精准”发展理念的新型生物质材料。
在前期工作中，科研团队等利用树枝状DNA酶促延伸策略，建立了基于树枝状DNA的人工生命简化研究模型，并用于研究基因区室化效应和邻近效应。之后，进一步通过超长DNA单链和纳米粒子复合的双网络构建策略，合成了基于DNA水凝胶的软体机器人，实现了在磁导航驱动下将细胞无损递送至限域空间。随后，通过自由基聚合反应成功实现了DNA分子的化学交联和高效压缩，制备了功能化基因水凝胶。在此基础上，研究人员通过双滚环扩增策略，设计了两个物理空间相互独立的酶促体系，产生两条序列互补的、超长DNA单链；在缠绕交联临界点之前停止酶促反应，将两条DNA单链从不同物理空间转移到同一物理空间，两者杂交形成永久交联点；同时，诱导DNA单链发生物理缠绕，形成动态交联点。永久交联点和动态交联点协同形成动态双网络，实现了对骨髓间充质干细胞的高效捕获、三维包封和酶促可控释放。鉴于DNA分子序列的编程性和功能的可调性，该体系为捕获和培养各种类型的细胞和细胞外囊泡等提供了一种通用策略。
该研究工作充分发挥DNA作为绿色生物高分子的精准化学独特优势，解决生物医学应用中涉及的重要底层技术，对于推动DNA生物功能高分子的发展和实用化具有重要意义。