细胞膜来源的纳米囊泡（CMNVs），包括天然的细胞外囊泡（EV）和人工制备的纳米囊泡（NV）等，是纳米级脂质双层膜囊泡。由于CMNV表面富含多种分子如受体、配体等，其在信号转导、生物分子转运和细胞间通信中等过程中发挥了重要作用。因此，精确可控的修饰这些纳米囊泡表面蛋白是增强其靶向能力、提升治疗效果的有效策略。然而，细胞来源纳米囊泡的固有异质性限制了其表面修饰技术的效率，如传统的基因修饰方法仅能标记部分纳米囊泡群体，而其它物理化学方法如脂质锚定法也只能在纳米囊泡表面标记一到两种配体，缺乏灵活性和正交性。因此，开发可在CMNV表面精确可控、同时展示多种不同配体的新方法，对促进基于纳米囊泡的靶向治疗等具有重要意义。
近期，四川大学郑晓峰副研究员、刘敬平研究员团队在国际知名期刊Nano Letters发表了题为“Programmable DNA Scaffolds Enable Orthogonal Engineering of Cell Membrane-Based Nanovesicles for Therapeutic Development”的研究论文（PMID: 38856668，DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c02193）介绍了一种基于可编程的DNA支架，实现了在纳米囊泡膜表面精确可控的正交性修饰多种配体，从而产生多功能、靶向性工程化细胞膜纳米囊泡。四川大学华西医院李威助理研究员为该文一作兼通讯，刘书云助理研究员为共同第一作者。
DNA寡核苷酸作为出色的生物材料，通过Watson-Crick碱基配对原则，可以接近原子尺度的精度构建可编程DNA纳米结构。DNA的独特核苷酸序列为它们提供了独特的正交性和灵活性，这确保了不同的DNA模块不会相互干扰，并能够在同一材料表面上同时独立地控制多种生物分子的负载。因此，DNA能够以可控的方式同时在CMNV表面上负载多种不同目标分子。而CMNVs的脂质双层膜和基于氨基的膜蛋白为其表面工程提供了巨大的潜力，可通过物理化学作用力与疏水分子或化学连接剂对其进行修饰。通过疏水相互作用将胆固醇DNA（Chol-DNA）嵌入到CMNVs膜表面的过程简单快速，只需在室温下PBS中混合5分钟，即可得到DNA-Chol-CMNVs（图1C）。通过调整Chol-DNA与CMNVs的比例可精确调控其表面的分子密度（图1D）。
利用DNA作为CMNVs表面工程化的一个显著优势是DNA独特的核苷酸序列及其杂交特性，从而在膜表面上独立控制多种配体的负载，具有高度可控性和灵活性。研究团队将具有三种不同DNA序列（R、G和B链）的Chol-DNA嵌入到CMNVs的表面后，可以与它们的互补链（CompR、CompG、CompB链）进行杂交。通过改变输入三种互补链的比例，可以有效调孔负载到CMNVs上的每种互补链的平均数量（图1E-G）。此外，利用DNA的正交性和易修饰性，在CMNV膜表面精确可控地负载多种基于氨基的配体包括多肽、蛋白质BSA，抗体IgG等。 在此基础上，研究团队在CMNV上正交性的负载靶向配体（如肾靶向肽，RTP）和治疗性蛋白（如HGF），构建了表面带有RTP和HGF修饰的CMNVs（R&H-CMNVs）。R&H-CMNVs在体外、体内模型中展现出良好的肾靶向性能和抗炎性能，从而有效减轻急性肾损伤（AKI）程度。
综上所述，该研究利用可编程DNA支架的灵活性和正交性，实现精确调控细胞纳米膜囊泡表面不同类型分子的组成与数量，从而产生多功能靶向性纳米囊泡，有潜力应用于多种不同疾病的治疗干预相关研究。
参考文献：
Programmable DNA Scaffolds Enable Orthogonal Engineering of Cell Membrane-Based Nanovesicles for Therapeutic Development. Nano Letters. 2024 Jun 10.doi: 10.1021/acs.nanolett.4c02193.
外泌体资讯网 Nano Letters | 四川大学郑晓峰、刘敬平团队：通过可编程化DNA支架产生多功能靶向性的工程化细胞膜纳米囊泡
