近日，《自然•通讯》以"Design and fabrication of flexible DNA polymer cocoons to encapsulate live cells"为题发表了我校生命科学学院李根喜教授课题组在细胞组装方面的最新研究成果（Nature Communications, 2019, 10: 2946, DOI: 10.1038/s41467-019-10845-2）

细胞组装与包裹是生物传感、组织工程、细胞移植与治疗等领域的关键技术，同时，对包裹细胞的精准操控是实现多类型、多层次细胞有序组装的重要基础，也是后续生物医学应用研究的关键技术瓶颈。因此，发展功能可调、精准可控的细胞组装与包裹方法是多个研究领域的迫切需求。

图1. 基于原位DNA导向分子聚合反应（in situ DNA-oriented polymerization, isDOP）的单细胞包裹。该方法适用于多种细胞类型的包裹，包括细菌、酵母和哺乳动物等细胞。

日前，我校生命科学学院李根喜教授课题组提出了一种基于生物合成方法的原位、程序化和生物相容的细胞包裹方法，该方法利用天然的DNA聚合反应在细胞表面原位合成与编织DNA高分子聚合物，从而在细胞周围组装成"茧"状的DNA网络分子结构（如图1）。该方法通过先后引入一对特异的DNA引物，协调两组滚环扩增（RCA）反应R1和R2，从而在细胞表面扩增出两种串联重复的长单链DNA作为编织材料（如图2）。基于配对规则，并通过设计模板和引物，使扩增出的长单链DNA实现相互交叉与编织，最终在细胞表面形成网络状结构。借助高度可控的DNA聚合反应以及DNA分子精准配对的特性，该方法可以对细菌、酵母、哺乳动物细胞等多种类型的细胞进行包裹；并且可以通过调节特异RCA引物的表面密度和反应浓度，实现细胞表面DNA"茧"多个特性的调控。

图2. 两组协同的RCA扩增反应在细胞表面形成DNA网络结构。

该方法相对于其它细胞包裹技术具备独特的优势：1）DNA聚合反应及其产物的生物相容性为细胞包裹提供了有利的环境；2）DNA材料高度可调的特性（核苷酸类似物、类磷酸骨架、DNA修饰酶等）为包裹层多种特性的引入提供了广泛的空间和可能；3）精准的DNA碱基配对可实现分子水平的组装和操控，为细胞的精准操作提供了基础。基于上述特性，该研究基于DNA分子特性，对包裹的细胞进行DNA编码，实现了包裹细胞的精准捕获与分选，如（图3），为将来多种应用（如细胞作用网络的调控、干细胞功能调控、组织再生工程等）创造了条件。

图3.基于限制性内切酶的细胞DNA"茧"编辑与细胞精准操作。

该成果于7月3日在《自然•通讯》公开发表，论文第一作者是我校博士后高涛（现为南京师范大学副教授），李根喜教授是论文的通讯作者。研究工作得到了国家博士后创新人才支持计划项目、国家自然科学基金面上及重点项目的支持。