近期,麻省理工学院James J. Collins团队在Science在线发表题为“Programmable CRISPR-responsive smart materials”的研究论文,该研究对传统材料进行分子编程的方法,以便可以将它们用于递送药物或用作生物传感器。 这些材料允许在组织工程,生物电子学和诊断学领域进行一系列体外应用。
2020年1月2日,本刊专家,陆军军医大学西南医院陈鸣教授(第一作者)等人在国际顶级医学期刊新英格兰医学杂志(NEJM)在线发表题为“A CRISPR Path to Cutting-EdgeMaterials”的文章,对于该研究进行了系统的盘点。
新英格兰医学杂志(NEJM)是由美国麻州医学协会( Massachusetts MedicalSociety)出版的综合性医学期刊,为国际顶尖医学杂志,最新影响因子为70.67。该刊与柳叶刀杂志(TheLancet)、美国医学期刊(JAMA)、英国医学期刊(TheBMJ)被称为“传统医学四大刊”,是公认的历史最悠久的四本综合性医学学术期刊。
CRISPR和CRISPR相关的(Cas)适应性免疫系统包含RNA引导的核酸内切酶,能够进行精确的核酸水解。由于其特异性和可编程性,CRISPR-Cas酶已被用作有效的基因组编辑工具以及临床核酸诊断应用程序,例如SHERLOCK和DETECTR。
具有生物响应性的材料对于生物技术应用非常重要,包括制造用于组织工程的支架,激活微流阀以及检测传感器中的分析物。DNA响应水凝胶非常适合与合成的DNA构建物或天然存在的细胞外DNA结合。当前的DNA响应水凝胶通常依赖于DNA交联剂的链置换或结构变化,
这需要高浓度的DNA触发才能致动。使此类DNA水凝胶适应新的触发序列进行激活涉及核酸成分的修饰,这可能与材料施加的结构要求(例如,长度或二级结构)相冲突。这限制了这些系统的可编程性,并突出显示了一种对使基于DNA的材料中的结构和感测约束脱钩的策略的需求。
该研究使用Cas酶以多种尺度和模块化方式控制具有集成DNA成分的水凝胶的特性,从而消除了将目标序列特异性编码到凝胶结构中的需要。该材料平台能够通过替换单个组分(控制序列特异性Cas激活的CRISPR指导RNA(gRNA))来响应用户定义的目标核酸序列,诱导水凝胶变化。该研究设计了不同的基于DNA的材料,以展示各种核酸酶介导的反应,包括小分子,酶,纳米颗粒(NP)和活细胞的释放,以及DNA水凝胶对大体积电和渗透性质的调节。
该研究报告了四个应用:(i)释放DNA固定化合物的支化聚(乙二醇)水凝胶,(ii)封装纳米颗粒和活细胞的可降解聚丙烯酰胺-DNA水凝胶,(iii)充当可降解DNA水凝胶 (iv)用作流体阀的聚丙烯酰胺-DNA水凝胶,具有用于远程信号传输的电读数。 这些材料允许在组织工程,生物电子学和诊断学领域进行一系列体外应用。
陈鸣教授简介:
医学博士、教授、博士生导师,陆军军医大学药学与检验医学系主任,兼西南医院检验科主任。中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所客座研究员。中华医学会检验医学分会委员,中国医师协会检验医师分会委员,中国生物物理学会临床分子诊断分会副会长,中国中西医结合学会检验专委会常委。《国际检验医学杂志》常务编委,《中华检验医学杂志》编委。作为课题负责人承担了国家863课题2项、国家自然科学基金重点项目1项、国家自然科学基金面上项目4项、卫生部专项课题1项等多个研究项目。获国家科技进步二等奖2项(2010-2、2016-5)、重庆市技术发明一等奖1项(2003-2)在内的奖项10项。是重庆市学术技术带头人、首批重庆市医学领军人才,获第七届重庆青年科技奖、“重庆市十大杰出青年”等称号。已在SCI发表论文35篇。
《国际检验医学杂志》编辑部