JACS：细胞表面工程与调控新进展

细胞膜是由脂质、蛋白质和多糖等分子组成的生物边界，可保护细胞内物质不受环境的影响。通过细胞表面工程调控细胞间相互作用和细胞行为，对细胞命运和疾病治疗等方向的生物学研究具有重要意义。近日，华东理工大学钱若灿副教授（点击查看介绍）与伊利诺伊州大学香槟分校陆艺教授（点击查看介绍）合作，在细胞表面工程与调控领域取得了突破性进展，通过基于DNAzyme的细胞表面修饰实现了可由金属离子控制的细胞组装与解离，相关成果发表于《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc）。

通过细胞表面修饰诱导细胞间相互识别并进一步调控细胞行为，一直是近年来生命科学领域的研究热点。通过基因工程进行细胞表面修饰已经得到了广泛研究，但该方法操作复杂，且易受到细胞内复杂环境的干扰。因此，本工作设计了一种基于DNAzyme控制细胞间相互作用的细胞表面工程策略，在DNAzyme及其底物的5'端修饰胆固醇分子，并通过疏水作用自发插入到活细胞表面磷脂层中；3'端采用荧光标记，可对细胞行为进行实时荧光成像跟踪。将DNAzyme及其底物分别修饰在两组细胞表面，通过DNAzyme与底物杂交，可实现细胞-细胞快速组装。进一步，加入特定的金属离子可切断底物，诱发细胞组装体的可控解离。为了更精细地调控细胞动态聚集-解离，本工作利用Zn²⁺和Mg²⁺特异性DNAzyme链和相应底物构建了DNA双链分子开关，实现了包括AND和OR运算在内的双离子细胞解离调控，通过双链杂交形成细胞组装体，基于Zn²⁺和Mg²⁺两种离子控制运算输出。

此外，利用建立的DNAzyme策略还可以实现多细胞球之间的相互作用，可操控T细胞球在不同肿瘤细胞球之间的迁移，为未来肿瘤治疗方面的应用开辟了新途径。

上述研究工作由华东理工大学硕士研究生周泽蕊在钱若灿副教授和陆艺教授指导下完成。论文的共同第一作者为钱若灿副教授和周泽蕊，共同通讯作者为钱若灿副教授和陆艺教授。该工作得到了华东理工大学李大伟教授的建议和帮助，并得到了结构可控先进功能材料及其制备教育部重点实验室、费林加诺贝尔奖科学家联合研究中心的支持以及国家自然科学基金、国家科技重大专项等项目资助。

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Cell Surface Engineering Using DNAzymes: Metal Ion Mediated Control of Cell–Cell Interactions

Ruo-Can Qian*, Ze-Rui Zhou, Weijie Guo, Yuting Wu, Zhenglin Yang, and Yi Lu*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c00060

导师简介

钱若灿，华东理工大学化学与分子工程学院副教授。本硕博就读于南京大学化学化工学院，于2014年获分析化学博士学位，同年10月进入华东理工大学化学与分子工程学院从事博士后研究工作，2016年留校任特聘副研究员、硕士生导师，2019年任副教授。在学术方面，一直致力于分析化学与生物学交叉前沿方面的研究，尤其是细胞相关的生命分析。以活细胞为研究对象，借助纳米制备技术和超微电化学调控技术，结合荧光/暗场/单颗粒光谱多通道成像方法，从识别原理、成像模式和信息解析方面进行创新，构建了一系列基于化学纳米制备技术与超微电化学调控的单细胞分析新方法。以第一作者或通讯作者身份在J. Am. Chem. Soc.（3篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）、Anal. Chem.（3篇）等高水平学术期刊上发表论文28篇，其中3篇论文入选Nature Index的Research Highlight专栏。获2016年上海市“晨光学者”称号，国家发明专利授权3项。

钱若灿课题组网站

https://www.x-mol.com/groups/ECUST_cellanalysis