德国科研团队开发可改造人造细胞的DNA纳米机器人，推动合成生物学进步
时间：2025-01-31 15:50
小编：小世评选
近日，德国斯图加特大学第二物理研究所的科研团队，成功开发出一种可重构的 DNA 纳米机器人，能够有效地控制人造细胞的脂质膜形态和通透性，标志着合成生物学领域的又一重大进展。此项研究成果在1月13日的《自然・材料》杂志上正式发表，文中详细阐述了这种新技术的创新和潜在应用。
该团队的研究中，涉及多名中国学生和教授，其成果展示了国际学术界在合成生物学领域的协作与创新能力。研究表明，细胞的形状与结构在其生物功能中扮演着至关重要的角色，这一发现与现代设计理念“形式追随功能”的原则高度一致。在这一原则指导下，如何将其应用于人造细胞的构建，成为合成生物学面临的重要挑战之一。
通过DNA纳米机器人，科研团队在合成细胞中整合了一种全新的控制机制。他们利用信号依赖性的DNA纳米技术，实现了与合成细胞的可编程交互。研究人员采用了一种模仿活细胞的基础结构——巨型单层囊泡（GUV），构建出可重构的纳米机器人。这种机器人，能够在微米尺度上改变其周围环境，从而有效影响GUV的形状和功能。
具体而言，研究团队发现，DNA纳米机器人的转化机制可以与GUV的变形及其膜中的合成通道形成相结合。这些通道的形成使得大分子（如治疗性蛋白质或酶）能够顺利穿越膜，并具备在无需时重新密封的能力。合著者之一Stephan Nussberger教授表示：“令人兴奋的是，DNA纳米机器人在GUV上所展示的功能机制在活细胞中并没有直接的生物对应物。”这一观点强调了该技术的独特性及潜在的多样化应用。
GUV膜的构建是合成生物学的一项重要研究方向，利用DNA纳米机器人，研究者们能够设计GUV的形状和结构，从而在膜中实现多种传输通道的形成。这项技术的应用前景非常广泛，尤其在药物传递和生物治疗领域具有潜在的重大影响。当这一系统应用于活细胞时，可以显著提高治疗性蛋白质或酶向细胞靶点的输送效率，为创药和治疗干预措施的管理带来新的可能。
这项技术的进一步发展，或将使得将大型治疗分子有效输送到细胞内部成为现实，这不仅能为现有的药物输送系统带来优化，还可能催生全新的治疗干预措施。例如，科学家可以依据不同病理状况，设计特定的DNA纳米机器人，针对性地将治疗性分子输送至特定细胞，极大提高治疗效果，减少不必要的副作用。
未来，科研团队可能会继续探索DNA纳米机器人在合成生物学和生物医学中的应用潜力，并尝试与其他技术相结合，推动合成生物学的发展。随着科技的进步和跨学科的合作，这种创新技术有望为治疗复杂疾病（如癌症、神经退行性疾病等）提供新的解决方案。
斯图加特大学的这项研究不仅在技术层面上实现了突破，也为合成生物学的发展开辟了新的视野。随着人造细胞技术的不断成熟，未来的生物医药领域将迎来更加精细化和个性化的发展，为人类健康带来全新的机遇。
在这一领域，持续的研究与创新将是关键。科研人员的努力，将推动生物工程向前发展，开启生物医学的新篇章。我们期待，随着这一技术的不断应用和发展，能够在未来看到更多智能化、精准化的医疗解决方案，为改善人类生活质量贡献力量。
