图 DNA水凝胶实现外泌体分离和生物医学应用

  在国家自然科学基金项目（批准号：22225505、22174097）等资助下，天津大学仰大勇教授团队在DNA生物功能材料领域取得进展。相关研究成果以“DNA水凝胶用于外泌体分离和生物医学应用（A DNA-based hydrogel for exosome separation and biomedical applications）”为题，于2023年7月3日发表在《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上。论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2303822120。

  外泌体是一类由细胞分泌、直径约100 nm的囊泡，含有丰富的核酸、蛋白质和脂质等生物活性分子。近年来，外泌体被证实具有参与细胞间通讯、调节生理病理过程等功能，在疾病的发生发展过程中发挥着重要作用，已作为新兴的疾病诊断标志物和疾病治疗药物。现有的外泌体分离技术通常需要大量的样品、专门的设备和复杂的操作。而且，分离过程中一些不可避免的因素，如剪切力和介质变化，严重影响了外泌体结构和成分的完整性。从复杂的生物体系中高特异性、低损伤地分离外泌体是下游检测和治疗等生物应用的重要基础，也是阻碍该领域发展的一大瓶颈问题。

  针对上述问题，仰大勇团队设计了一种基于多聚适配体的DNA水凝胶，利用多聚适配体高特异性的分子识别能力，开发了一种高效的外泌体识别分离新方法，实现了对复杂生物体系中（血清、培养基等）外泌体的高特异性、低损伤分离（图）。并发展了两种释放外泌体的方法—酶降解法和链置换法。释放的外泌体保持了良好的结构和成分完整性。这一外泌体分离体系展现出良好的生物应用潜力：1）应用于分离-检测一体化，在分离外泌体的同时检测外泌体内部靶标miRNA-21，实现了乳腺癌临床样本和健康供体样本的精准区分；2）应用于分离-治疗一体化，将包封有间充质干细胞来源外泌体的DNA水凝胶应用于大鼠心肌梗死模型的治疗，实现了心肌修复和心脏功能的有效改善。