近日，《自然•通讯》以"Design and fabrication of flexible DNA polymer cocoons to encapsulate live cells"为题发表了我校太阳成集团tyc33455cc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，我校太阳成集团tyc33455cc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。