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  近日，《Nature Communications》刊發了中國地質大學（武漢）材料與化學學院夏帆教授團隊的最新研究成果——《時空可控圖案化光響應DNA水凝膠實現局部細胞響應性調控》。該文第一作者為材料與化學學院黃福建教授，通訊作者為黃福建教授、夏帆教授以及以色列希伯萊大學Itamar Willner教授（Fujian Huang*, Mengxi Chen, Zhixin Zhou, Ruilin Duan, Fan Xia*, Itamar Willner*, Spatiotemporal patterning of photoresponsive DNA-based hydrogels to tune local cell responses, Nat. Commun. 2021, 12, 2364。

  本文是黃福建教授和夏帆教授課題組關于光響應功能DNA系列工作之一。系列文章分別實現了光響應功能DNA不同的功能和應用，具體包括：（1）微球表面光響應功能DNA雙光子圖案化及性能調控（Fujian Huang, Juan Zhang, Tao Li, Ruilin, Fan Xia*, and Itamar Willner*, Two-Photon Lithographic Patterning of DNA-Coated Single Microparticle Surfaces, Nano Lett. 2019, 19, 618-625）;（2）基于光響應功能DNA探針分子的單細胞水平“光”“電”雙模態癌癥相關信使RNA檢測（Fujian Huang, Meihua Lin, Ruilin Duan, Xiaoding Lou, Fan Xia*, and Itamar Willner*, Photoactivated Specific mRNA Detection in Single Living Cells by Coupling “Signal-on” Fluorescence and “Signal-off” Electrochemical Signals, Nano. Lett. 2018, 18, 5116-5123）;（3）本研究工作中利用光響應功能DNA構筑光響應DNA水凝膠實現局部細胞響應性調控。

  DNA水凝膠由于其良好的組織相容性以及生物物理和化學性能可調節的特性被廣泛應用于體外細胞三維培養用于模擬細胞在體內的生長環境。通過在凝膠內引入功能單元（如功能DNA或者多肽）并調控凝膠的軟硬程度可以模擬不同組織環境下細胞的生長環境。理解水凝膠的表面形貌、軟硬程度和各向異性應力在時空上的差異對細胞生長的影響仍然是一個挑戰。

圖1. 功能性DNA適體圖案化DNA水凝膠實現局部細胞響應性生長調節

  針對上述問題，夏帆教授團隊在前期光響應功能DNA研究的基礎上，將光響應功能DNA應用于功能性DNA水凝膠的構筑和細胞培養，實現了光響應DNA水凝膠時空可控圖案化及生物物理和化學性能調控以實現局部細胞響應性調節。結合課題組前期發展的基于光刻掩模的單光子DNA光刻技術和無掩模的雙光子DNA光刻技術，實現了表面DNA水凝膠時空可控圖案化。在此基礎上，利用DNA鏈替換反應，在不同的DNA凝膠圖案化功能區引入能夠跟靶細胞膜表面特異性相互作用的DNA序列，調控細胞在圖案化功能區的生長過程。進一步地結合DNA雜交鏈增長反應，調控不同凝膠圖案化功能區溶脹程度從而實現凝膠圖案形貌調節以及局部細胞響應性調控，如圖1所示。

  該研究課題獲得了國家自然科學基金重大項目，科技部重點研發計劃以及國家自然科學基金面上項目等基金項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-021-22645-8