DNA四面体纳米材料对细胞生物学行为的调控研究

DNA, as a kind of therapeutic gene, has been used for many years for gene therapy. Nowadays, the DNA-based nanostructures and their potential applications in biomedical fields have attracted high attentions. Compared to traditional DNA that cannot be transported into cells without carriers, DNA nanostructures can be taken up by living cells in the similar manner as other nanomaterials. This property, combined with their excellent biocompatibility, low toxicity and high biostability, confer DNA nanostructures a great potential for advanced drug delivery. Tetrahedral DNA nanostructure (TDN), a novel type of three-dimension DNA nanostructure, has been assembled by the highly specific and programmable base paring among four single-stranded DNA. The biomedical applications of TDNs have not been well-documented, and as we all know, all of these applications are tightly relevant to interaction between TDN-cell. So it is very important to comprehensively understand the subsequent biological processes. However, the changes of cellular behavior upon exposure to TDNs are far from clear. In this present work, we aim to investigate the impacts of TDNs on cell proliferation, migration, differentiation, apoptosis. Then we will try to add a protein coating around the tetrahedral DNA nanostructure to achieve long circulating delivery of TDNs. All of these work may pave the way for the potential use of TDNs in regeneration medicine and drug delivery.

以DNA为原料的纳米结构是纳米生物学领域的研究前沿。研究表明部分DNA三维纳米结构具有优良的生物相容性，生物稳定性以及低细胞毒性，因此基于DNA三维纳米结构的合成和生物应用研究是当前热点之一。近期研究发现采用高度特异性和可编程特性的四条DNA单链通过碱基配对可以合成特殊的DNA四面体纳米材料。本课题组研究证实DNA四面体可以自主进入细胞并广泛参与多种细胞学行为的调控，这非常不同于DNA线性结构，但是DNA四面体与细胞作用的具体生物学机制还远未阐述清楚。因此本课题拟全面研究DNA四面体对于细胞增殖、迁移、吞噬、凋亡、分化等各种生物学行为的影响，并深入研究DNA四面体调控上述细胞生物学行为的原理和机制。在此基础上，构建蛋白包衣-DNA四面体复合物，探寻蛋白包衣对DNA四面体调控细胞生物行为及体内代谢行为的影响，为DNA四面体作为载药纳米材料提供研究基础。

本项目通过应用高度特异性和可编程特性的DNA碱基配对，设计合成的具有特定空间构象的DNA四面体纳米材料，系统探究该新型纳米材料对于细胞（成纤维细胞、间充质干细胞、成体细胞、肿瘤细胞等）的增殖、迁移、粘附、凋亡、分化等行为的影响，通过相应生物学检测方法（细胞生物学、分子生物学、基因芯片、LncRNA芯片、流式细胞术、生物信息学等）系统评价DNA四面体调控细胞生物学行为的机制；在此基础上，深入研究了DNA四面体进入细胞的方式与机理。项目执行期间，发表标注本基金资助的通讯/第一作者SCI论文57篇，最高影响因子26，影响因子＞10的16篇。包括Nature Protocols，Materials Today，Nano Today, Advanced Functional Materials，Nano Letters等，其中F1000推荐论文3篇，封面论文12篇，ESI热点论文2篇，ESI高被引论文12篇。申请国内外发明专利50余项，授权美国专利2项，PCT专利5项，中国发明专利4项。主编出版英文专著3部。项目负责人主持重点研发计划课题1项（950万）。项目负责人作为第一完成人获得中华口腔医学科技二等奖（2020）、中华医学科技三等奖（2019）、华夏医学科技三等奖（2019）、四川省创新争先奖章（2019）、天府万人计划（2018）、四川省学术与技术带头人（2018），担任中国医学装备协会组织再生分会副会长（2020）；中华口腔医学会口腔生物专委会常委（2020）；四川省科技青年联合会副主席（2020）；四川省口腔医学会口腔材料专委会主任委员（2020）等。担任Bone Research（SCI, 影响因子11.5）杂志执行主编，Cell Proliferation（SCI，影响因子 5.7）执行副主编，Journal of Dental Research编委，International College of Dentist Fellow，担任波兰国家科学基金（NCN）评委，荷兰研究委员会基金（NWO）评委。