生物分子在活细胞中的多价展示

细胞膜为细胞提供了最基本的保护功能。不仅如此，细胞膜上包含各种各样的生物分子。这些生物分子决定了细胞如何对外界环境识别，从而调控细胞的生长、分化、衰老及其他病理过程。因此，如何修饰和改造细胞膜上的生物分子，进而赋予细胞新的识别功能一直是热点研究领域。

针对细胞膜的修饰、改造以及应用，人们已经研究和建立了多种的方法。例如，人们通过基因改造或者化学修饰可以在细胞膜上嵌入抗体，进而用于免疫治疗。然而，目前的方法无一例外都是在每个细胞膜位点修饰一个分子，由此存在很大的局限性。首先，修饰量较低导致细胞识别功能不理想；其次，提高修饰量就会导致细胞表面的原始结构和功能发生变化；除此之外，细胞表面复杂的结构存在很强的空间位阻效应，很容易屏蔽嵌入外源分子的识别功能。

因此，理想的方法是在尽可能不改变细胞膜原始结构、修饰位点最少的情况下，实现超强的细胞对环境的识别功能。宾夕法尼亚州立大学的王勇（点击查看介绍）团队发展了一种全新的“多价展示”的修饰方法，基于“杂交链式反应”原理，在每个修饰位点生长出由DNA组成的高分子聚合物。该聚合物具有多个侧链，每个侧链都可以作为一个识别单元。因此，相比于传统的方法，每个修饰位点的识别功能单元数都得到放大。此外，该高分子聚合物可以从细胞表面伸展出来，不会受到周围空间位阻的影响。这种全新的细胞膜功能化的方法使细胞膜对环境的识别能力提高了至少一个数量级，从而拓宽空能化细胞在生物医学中的广泛应用。

该研究团队不仅建立了全新的“多价展示”的方法，为了体现该类方法的优越性，他们以细胞自组装为例，进一步用细胞建立起三维的多细胞组织。通过这种新方法，研究人员可以有效地控制细胞的识别行为，将不同的细胞像积木一样进行组装，形成花瓣状的结构；或者将功能化的干细胞以及体细胞进行三维培养用于组织工程。虽然他们仅以三维细胞自组装为例展现该方法的优越性，但这种全新的“多价展示”的方法可以广泛用于细胞基础的检测、诊断和治疗。

该论文作者为：Dr. Peng Shi, Nan Zhao, Dr. Jinping Lai, James Coyne, Dr. Erin R. Gaddes, Prof. Yong Wang

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Polyvalent Display of Biomolecules on Live Cells

Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201712596

导师介绍

王勇

http://www.x-mol.com/university/faculty/49627