国家纳米科学中心聂广军-北京化工大学李凤：基于DNA和多肽的超分子纳米组装体及在癌症治疗中的应用

近日，国家纳米科学中心聂广军团队和北京化工大学李凤团队的AMR述评文章“Functional Integration of DNA and Peptide-Based Supramolecular Nanoassemblies for Cancer Therapy”在线发表，总结概述了DNA和多肽类超分子组装策略及其生物医学应用，特别是在癌症治疗方面的最新进展，展望了可编程DNA/超分子组装体在肿瘤临床治疗方面的优势、面临的挑战和未来的研究方向。

关键词：超分子自组装、DNA自组装、多肽自组装、纳米药物

DNA and peptide-based nanoassemblies have the capability of protecting DNA and peptide monomers from degradation in plasma and to facilitate their cellular uptake. Moreover, the elaborately designed nucleotide and amino acid sequences can be rationally integrated into building blocks, thus endowing supramolecular nanoassemblies with preset structures and functions for defined application in specific scenarios. Compared with synthetic polymers, the fascinating properties including sequence programmability, structure designability, function customizability, and predicable stimuli-responsiveness combined endowed DNA and peptide nanoassemblies with programmable supramolecular assembly superiority, which facilitates spatiotemporally controllable assembly and targeted drug delivery.

1 文章内容概述

超分子组装是一种由单体分子通过非共价作用自发组装为高度有序的多分子系统的过程，是生命构筑的重要途径。DNA和多肽作为两种最重要的生物大分子，借助于分子间识别的超分子组装过程参与多种生命活动，比如一些功能性核酸和多肽可以通过超分子组装，干预并调控细胞功能，并用于疾病治疗。近年来，DNA和多肽类纳米组装体在生物医药领域展现出诸多优势，比如序列可编程性、结构可设计性、功能可定制性和可预测的刺激响应性等。基于上述特点，DNA和多肽类纳米组装体中的功能模块可实现精准调控，并展示独特的功能，以应用于不同场景。

在本述评中，我们总结概述了DNA和多肽类超分子组装策略及其生物医学应用，特别是在癌症治疗方面的最新进展。我们首先介绍了DNA和多肽单体的设计原则，以确保单体能够以可预测的方式进行组装，形成功能性纳米组装体，以满足不同场景需求。本文分为DNA的聚合组装和多肽的超分子组装两部分，其中DNA的聚合组装策略主要包括链引发类聚合组装、逐步增长类聚合组装和酶催化共价聚合组装；多肽的超分子组装策略包括亲疏水介导的组装、多重弱作用力介导的层层组装和响应式构象转变组装。在每个小节中，我们概述了不同的组装策略及特性，并对代表性的研究工作进行举例说明和介绍；其次，介绍了DNA/多肽类纳米组装体的优点及其在肿瘤治疗中的潜在应用，并着重阐述了DNA和多肽类纳米组装体在细胞功能调控和癌症治疗中的作用机制；最后，我们展望了可编程DNA/超分子组装体在肿瘤临床治疗方面的优势、面临的挑战和未来的研究方向。

2 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

在基础研究方面，DNA和多肽类组装体的结构精度和复杂性增加了批量生产和质控的难度，从而阻碍了其向临床的转化，因此可考虑采用微流控和高通量等技术实现DNA和多肽类组装体制备过程中的自动监测，从而提高批次稳定性。此外，在临床转化方面，生物体内丰富的水解酶和纳米生物界面的相互作用，如颗粒聚集、降解和功能单元的丢失、蛋白的吸附等，极大地影响了纳米组装体向体内的递送效率和生物安全性。因此，如何利用化学修饰、生物矿化等纳米生物技术提高组装体的生理稳定性和生物安全性还需要继续关注和研究。未来，希望通过超分子组装和生物纳米技术的发展，建立丰富的理论方法学，从多尺度和多维度解析DNA和多肽的组装规律，为新材料的设计提供指导，为精准医学研究提供材料基础，最终实现临床转化。

3 AMR：您对该领域的发展有何愿景？

作者团队：

在基础研究方面，我们希望在实现DNA和多肽生物分子精准合成基础上，进一步明确序列与功能之间的关系，从而用于指导材料的功能设计，提升生物安全性。在应用转化方面，期望通过生物技术和纳米技术的协同发展，实现DNA和多肽类生物大分子的快速高效批量合成，从而能够实现相关功能材料和纳米药物的宏量合成，为实现临床转化提供重要底层合成技术。

作者简介

聂广军，国家纳米科学中心研究员。中国科学院特聘研究员，中国科学院大学特聘教授，科技部纳米研究国家重大科学研究计划（973）项目首席科学家，国家重点研发计划首席科学家，享受国务院政府特殊津贴专家。兼任美国Houston Methodist Research Institute（休斯敦）兼职教授，中国抗癌协会纳米肿瘤学专业委员会委员，中国药学会纳米药物专业委员会委员，Nano Letters (2018-)副主编，Nano Today (2020-)编辑。主要从事智能纳米药物用于肿瘤微环境感应和调控研究，通过纳米药物重塑肿瘤微环境实现肿瘤的高效综合治疗，在肿瘤血管、基质和免疫调控方面开展了系统研究。研究成果在Nat. Biotechnol., Nat. Biomed. Eng., Nat. Commun., Sci. Transl. Med., Nat. Rev. Mater.等国际顶级杂志上发表200余篇论文。

李凤，北京化工大学化学学院，教授，博士生导师。研究方向聚焦生物高分子的可控组装，充分融合核酸分子化学结构精准可控和生物功能精准可调的特点，开发一系列核酸材料体系，创制智能型核酸纳米药物，探索其生物医学应用。发表高水平SCI学术论文50余篇，包括领域顶级期刊Nat. Commun.，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Nano Lett.，Adv. Sci.等，授权中国发明专利6项，主持国家级和省部级科研项目5项，参与科技部国家重点研发计划1项。受邀担任国际期刊Chinese Chem. Lett.青年编委、Gels和Front. Mol. Biosci.客座编辑等。

董宇航，北京化工大学，讲师，博士。分别于2017年和2022年在天津大学化工学院取得学士学位和博士学位。2022年9月进入北京化工大学从事博士后工作。研究方向为核酸功能材料智能创制及其生物医学应用，在探索核酸材料与细胞互作机制、精准诊断和医疗等方面取得系列研究成果。近年来共发表SCI论文10余篇，包括Angew. Chem.、Chem. Rev.和Biosens. & Bioelectron.等。申请中国发明专利2项，主持国家自然科学基金青年项目和中国博士后基金面上项目。

扫码阅读聂广军研究员团队和李凤教授团队的精彩Account文章：

Functional Integration of DNA and Peptide-Based Supramolecular Nanoassemblies for Cancer Therapy

Yuhang Dong, Yunhua Guo, Wenzhe Song, Guangjun Nie*, and Feng Li*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00112

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