使用功能性DNA的细胞质膜工程对于研究和控制细胞行为极为重要。由于缺乏合适的合成工具来设计细胞内侧，因此，大多数研究都只集中在细胞膜外侧的DNA功能化，严重阻碍了细胞生物学中的许多应用。受天然细胞外囊泡-细胞融合过程的启发，湖南大学邢航教授课题组发展了一种基于脂质体融合的运输(LiFT)策略，使用fuso-SNA以高空间控制来精确的修饰细胞膜，实现了细胞膜外表面和内表面的DNA功能化。这种方法可以以高效和空间控制的方式设计细胞膜，从而构建具有两个正交DNA功能的各向异性膜结构。相关工作以“A Biomimetic Approach for Spatially-Controlled Cell Membrane Engineering Using Fusogenic Spherical Nucleic Acid”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。图1. (a)使用fuso-SNA设计质膜的仿生LiFT方法示意图。(b)外膜锚定DNA可用于编程细胞间通讯。(c)内膜锚定DNA可用于监测细胞内分子。要点1. 这种面选择性DNA锚定是通过将带有两条正交DNA链的不对称球形Fuso-SNA通过囊泡-细胞融合过程，融合到细胞膜上来实现的，从而保持了DNA面方向。实现了构建异型细胞组装进行程序化的应用。要点2. 锚定在外表面的DNA链可调节异型细胞组装和信号通路，而内表面锚定的DNA链被用作监测细胞内代谢物ATP的探针。要点3. 这项工作是一项初步的概念验证研究，为设计具有高度空间控制的细胞膜两侧奠定了基础，极大地扩展了研究、模拟和操纵质膜特别是内表面生化功能的能力。重要的是，LiFT策略简单且易推广，它提供了一条潜在的直接途径，通过简单地制备相应的融合囊泡，将多种功能结合到细胞膜上并具有空间控制。通过定向控制在细胞表面呈现正交官能团的能力应该为代谢物传感、跨膜传递和细胞内催化等应用提供巨大的机会。
图2. (a)fuso-SNA和endo-SNA与细胞膜相互作用的途径示意图。(b)用fuso-SNA和内切-SNA构建体处理的HeLa细胞共定位中共聚焦图像(左)和相应的荧光强度分布(右)，NBD-DSPE脂质(绿色)与Cy5-DNA-chol(红色)在，细胞核用Hoechst(蓝色)染色。(c)共聚焦z-stack图像的3D重建，在不同扫描深度的细胞膜上有很好的NBD-DSPE和Cy5-DNA-chol共定位。比例尺=20 μm。
图3. 空间控制的细胞膜工程使用(a)fuso-SNA与FAM-DNA@OF(绿色)和Cy3-DNA@IF(红色)，以及(b)fuso-SNA与Cy3-DNA@OF(红色)和FAM-DNA@IF(绿色)。细胞核用Hoechst(蓝色)染色。细胞膜用两条具有方向控制的正交荧光DNA链进行修饰。比例尺=20 μm。
链接：https://doi.org/10.1002/anie.202111647
