自組裝奈米繭模仿天然病毒

研究人員設計了肽,氨基酸的短鏈,可以自發地將DNA包裝成微小的膠囊,這可能為藥物遞送或基因運輸提供新的途徑

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科學家設計了可以與DNA自組裝形成病毒樣膠囊的短肽(J. Am. Chem. Soc. 2014, DOI: 10.1021/ja507833x)。研究人員表示,這些奈米繭可能為將基因或小分子藥物輸送到細胞中提供新的途徑。

在開發新型顆粒時,周瑩和倪蓉來自香港科技大學,他們試圖模仿病毒蛋白如何封裝其基因組DNA。她說,病毒使用簡單的蛋白質單元,像一堆樂高積木一樣沿著它們的DNA組裝。

因此,周瑩和倪蓉著手製造一種具有病毒蛋白三個基本功能的16個氨基酸的肽:在水中保持穩定,結合DNA,並自行組裝。他們透過在一端包含已知的DNA結合區域,在另一端包含水溶性序列來實現這一點。肽的中心部分是源自澱粉樣蛋白β的短的疏水性β摺疊,澱粉樣蛋白β是與阿爾茨海默病相關的肽。


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當與DNA一起孵育時,肽會堆疊起來,沿著DNA的長度形成帶狀結構。這些帶狀結構橫向連線成長度在12到65奈米之間的橢球形膠囊,類似於痘病毒的結構。奈米繭具有由重複的β摺疊形成的間隔4奈米的條紋。

斯坦福大學的賈亞庫馬爾·拉賈達斯說,透過從自然界汲取靈感,研究人員製造了創新的遞送顆粒。他說,這種自組裝既美觀又令人印象深刻。他解釋說,讓肽和DNA等兩種大分子結合在一起可能很困難,因為熵有利於組分保持分離狀態。其他研究人員已經設計了更復雜的蛋白質與DNA組裝,但與這些小的奈米繭肽相比,這些分子難以合成。

拉賈達斯說,但是,使肽能夠有效自組裝的相同因素也可能導致人體細胞出現問題。例如,澱粉樣蛋白β肽非常擅長聚集,因此可能難以解開奈米繭以在其細胞內遞送其內容物。此外,奈米繭對酶消化具有抵抗力。這可能導致它們積累並形成有毒團塊,隔離其他蛋白質、脂質或DNA。他認為研究人員可以透過用其他含有β摺疊的肽(如絲素蛋白)替代有問題的澱粉樣蛋白β肽來嘗試解決這些問題。最後,拉賈達斯指出,這種長度的工程肽往往會引起不良免疫反應。

儘管如此,拉賈達斯說,奈米繭成功自組裝的事實“開啟了無限的可能性。”

本文經 《化學與工程新聞》(© 美國化學學會)許可轉載。這篇文章於2014年11月21日首次發表

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