自组装DNA-胶原生物活性支架促进细胞摄取和神经元分化

2025-01-20 Mon
自组装DNA-胶原蛋白生物活性支架促进细胞摄取和神经元分化学术背景在分子生物学研究中，DNA与蛋白质的相互作用一直是理解细胞过程的重要课题。随着对DNA-蛋白质相互作用的理解加深，这些知识被广泛应用于组织工程、药物开发和基因编辑等领域。其中，DNA/胶原蛋白复合物因其在基因传递研究中的应用而备受关注。然而，关于这些复合物作为生物活性支架的潜力研究较少，尤其是自组装DNA大结构与胶原蛋白相互作用形成的复合物的特性尚未被充分研究。本研究旨在探索自组装DNA大结构与I型胶原蛋白相互作用形成的生物活性支架，并评估其在细胞培养、药物传递和组织工程中的应用潜力。
论文来源本论文由Nihal Singh、Ankur Singh和Dhiraj Bhatia共同撰写，他们来自Indian Institute of Technology Gandhinagar的生物科学与工程系。论文于2024年12月4日发表在ACS Biomaterials Science & Engineering期刊上，题为《Self-Assembled DNA−Collagen Bioactive Scaffolds Promote Cellular Uptake and Neuronal Differentiation》。
研究流程1. 自组装DNA大结构的合成研究首先合成了自组装的DNA大结构（X-DNA Macrostructure, XDM）。XDM由四条单链DNA（ssDNA）通过自组装形成，形成一个分支的四向连接结构。通过电泳迁移率实验（EMSA）验证了XDM的形成。
2. DNA/胶原蛋白支架的合成研究团队将XDM与I型胶原蛋白（Collagen Type I, Coll I）按不同质量分数（20%、50%、90%）混合，制备了DNA/胶原蛋白复合物支架。通过真空干燥法将混合溶液固定在玻璃盖玻片上，形成支架。光学显微镜观察显示，20%和50%的XDM/Coll I支架形成了纤维状网络结构，而90%的XDM/Coll I支架未形成纤维结构。
3. 支架的表征通过原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）对支架的形态进行了详细表征。结果显示，20%和50%的XDM/Coll I支架形成了交织的纤维网络，且50%的支架纤维更粗。AFM进一步揭示了支架的三维结构和纤维的高度分布。
4. 体外细胞培养研究团队将SUM159三阴性乳腺癌细胞系接种在XDM/Coll I支架上，观察细胞的生长和增殖情况。结果显示，50%的XDM/Coll I支架促进了细胞的定向生长，且支架作为软基质支持了细胞的生长，减少了F-肌动蛋白（F-actin）的组织。
5. 细胞摄取实验为了评估支架对细胞内吞作用的影响，研究团队使用FITC标记的转铁蛋白（Transferrin）进行了细胞摄取实验。结果显示，50%的XDM/Coll I支架显著增强了细胞的转铁蛋白摄取能力，表明支架作为软基质促进了细胞内吞作用。
6. 神经元分化实验研究团队将SH-SY5Y神经母细胞瘤细胞接种在XDM/Coll I支架上，观察其分化为成熟神经元的能力。结果显示，20%和50%的XDM/Coll I支架显著促进了SH-SY5Y细胞的分化，形成了大量的神经突，且分化效率高于对照组。
主要结果支架的纤维结构：20%和50%的XDM/Coll I支架形成了交织的纤维网络，且50%的支架纤维更粗。AFM和SEM进一步揭示了支架的三维结构和纤维的高度分布。
细胞生长和增殖：50%的XDM/Coll I支架促进了细胞的定向生长，且支架作为软基质支持了细胞的生长，减少了F-肌动蛋白的组织。
细胞摄取能力：50%的XDM/Coll I支架显著增强了细胞的转铁蛋白摄取能力，表明支架作为软基质促进了细胞内吞作用。
神经元分化：20%和50%的XDM/Coll I支架显著促进了SH-SY5Y细胞的分化，形成了大量的神经突，且分化效率高于对照组。
结论本研究首次报道了自组装DNA大结构与I型胶原蛋白相互作用形成的生物活性支架。这些支架具有独特的纤维结构，能够支持细胞生长、促进细胞内吞作用，并诱导神经元分化。这些支架在神经科学、药物传递、组织工程和体外细胞培养等领域具有广泛的应用潜力。
研究亮点新颖的支架材料：本研究首次将自组装DNA大结构与胶原蛋白结合，形成了具有独特纤维结构的生物活性支架。
多功能应用：这些支架不仅支持细胞生长，还能促进细胞内吞作用和神经元分化，具有广泛的应用前景。
软基质效应：支架作为软基质，显著影响了细胞的生长模式和细胞内吞作用，为组织工程和药物传递提供了新的思路。
其他有价值的信息本研究还提供了详细的实验方法和数据分析，为后续研究提供了参考。此外，研究团队还探讨了支架在不同细胞类型中的应用潜力，为未来的研究奠定了基础。