DNA-胆固醇功能化的树状分子的设计合成及与脂质体相互作用的研究

With the development of researches in the field of cell assembly, a variety of modifications on the cell surface through different methods have attracted great interest. The modification, which makes use of non-covalent hydrophobic interaction of lipids, has an advantage in terms of biocompatibility and safety, and the assembly method is simple and effective. However, the problems including anchoring efficiency and position of modified molecules on the cell membrane fail to be well solved. This project intends to adopt the bionic method, and utilize similar solubility between cholesterols and lipids in the cell membrane to design and synthesize a hybrid of dendron with multiple cholesterols at the end and DNA. The number and structure distribution of cholesterols are precisely controlled through adjusting the generations of dendron, and the relationship between structures of DNA-cholesterol functional dendron hybrid and anchoring strength in the liposome will be studied through single-molecule force spectroscopy. Through researches in this project, we will construct and obtain a new ‘molecular anchor’ system for cell marking, which is featured on clear structure and high anchoring efficiency, and we also carry on preliminary exploration about its anchoring mechanism and provide certain theoretical foundations for multicellular bionic assembly.

随着细胞组装领域研究的发展，通过不同方法对细胞表面进行各种各样的修饰引起了人们极大的兴趣。利用脂质分子的非共价疏水作用对细胞进行修饰的方法，在生物相容性和安全性方面具有优势，组装方法简单、有效，但修饰分子在细胞膜上的锚定效率和位置等问题还未能得到很好解决。本项目拟采用仿生法，利用胆固醇与细胞膜中脂质分子的相似相溶性，设计合成一类末端修饰有多个胆固醇的树状分子与DNA的杂化体。利用调节树状分子的代数对胆固醇的数目和结构进行精确的控制，并利用单分子力谱对DNA-胆固醇功能化的树状分子杂化体结构与脂质体作用强度的相关性进行研究。通过本项目的研究，将构筑得到一种结构明确、锚定效率高效的细胞标记“分子锚”新体系，初步探索其锚定机理，为多细胞仿生组装研究提供一定的理论基础。

随着细胞组装领域研究的发展，通过不同方法对细胞表面进行各种各样的修饰引起了人们极大的兴趣。利用脂质分子的非共价疏水作用对细胞进行修饰的方法，在生物相容性和安全性方面具有优势，组装方法简单、有效，但修饰分子在细胞膜上的锚定效率、稳定性等问题还未能得到很好解决。本项目采用仿生法，利用胆固醇与细胞膜中脂质分子的相似相溶性，设计合成一类末端修饰有多个胆固醇的树状分子与DNA的杂化体。利用调节树状分子的代数对胆固醇的数目和结构进行精确的控制，并对DNA-胆固醇功能化的树状分子杂化体结构与脂质体、细胞相互作用强度的相关性进行研究。目前，我们已经成功合成得到了一类末端分别修饰1个、2个、4个胆固醇的树状分子，利用核磁和质谱对其结构和分子量进行了表征。然后将胆固醇与DNA进行偶联，利用聚丙烯酰胺凝胶电泳、高效反相液相色谱和MALDI-TOF质谱对其结构和分子量进行了分析、纯化和表征。并通过磷谱实验初步探索了DNA-胆固醇的杂化体与脂质体的相互作用，DNA-胆固醇的杂化体锚定在脂质体上使得磷脂的化学位移从-14.84 ppm迁移到-15.40 ppm，并且峰信号变强变宽。在此基础上，将DNA-胆固醇的杂化体与HeLa细胞孵育10分钟，发现DNA-胆固醇的杂化体分子在250 nM的浓度下，在30分钟内能够稳定地锚定在细胞膜上。因此，我们推测随着胆固醇数目的增加，其锚定效率和稳定性会进一步提升，有望发展一种高锚定效率的细胞标记“分子锚”新体系；另一方面，分子锚中的DNA 作为一类天然的功能分子，利用其精确的碱基识别性质，可以在细胞表面引入其他的功能基团，丰富细胞的功能和性质。