近日，麻省理工学院Mark Bathe和Grant A. Knappe等人在Nature Reviews Materials综述了功能化DNA折纸以研究生物系统并与之相互作用的相关进展。
DNA折纸法能够在1–100nm长度范围内高产量地制造DNA纳米结构。在这种方法中，通过Watson–Crick碱基配对，使用短寡核苷酸“短链”将长单链DNA（ssDNA）“支架”折叠成所需形状。DNA折纸法现在可以生成2D和3D砖状几何图形、复杂的线框组件和更高阶的上层结构。对于具有挑战性的序列设计，自上而下的设计算法已经实现了纳米结构的快速原型化，并使这一技术向更广泛的科学家和工程师普及。定制支架制造、生物和酶促短纤维合成以及大规模热退火的进展使得现在可以实现大规模生产DNA折纸。随着DNA折纸纳米结构设计和制造中的几个瓶颈被克服，DNA折纸被广泛应用于探测生物系统，并具有转化生物材料的潜力。
DNA折纸在应用于询问和与生物系统交互时特别有用，因为它能够在纳米长度尺度上定位生物活性部分。例如，功能化的DNA折纸纳米结构已用于确定控制免疫受体激活和酶活性的纳米级性质。通过将分子运动编程为纳米级酶阵列，可以增强酶级联系统。用不同纳米尺度间距的小分子抗原功能化的DNA折纸纳米结构能够确定抗体-抗原相互作用的空间耐受性，而功能化的二十面体纳米结构揭示了B细胞受体活化的空间规则。
DNA折纸还能够通过在治疗应用中执行布尔逻辑来计算，从而在体外和体内递送小分子、核酸和治疗蛋白。例如，在动物模型中，模块化DNA折纸纳米管向肿瘤输送治疗蛋白，向树突状细胞输送抗原肽和佐剂，向肿瘤输送小干扰RNA和化疗药物。这些递送研究强调，单个DNA折纸纳米结构可用于广泛不同的应用，这取决于它的功能化。这种模块化将DNA折纸定位为一种新兴的疾病不可知生物材料，用于广泛的治疗递送和疫苗应用。
所有上述实例可大致分类为分子生物物理学研究、细胞生物物理学研究或货物运输研究。对于这些应用中的每一种，DNA折纸纳米结构都需要用从小分子到大蛋白的广泛生物活性部分进行功能化。每种类型的研究还需要不同的功能化技术、制造规模、稳定性和成本，从而产生一套特定的合适方法。
在这篇综述中，研究人员描述了DNA折纸是如何功能化、纯化和表征的，并讨论了每种方法在不同应用背景下的优势和局限性。研究人员害确定需要在这一领域进行创新以进一步推进该领域，以及有助于促进DNA折纸向临床应用转化的研究领域。
Knappe, G.A., Wamhoff, EC. & Bathe, M. Functionalizing DNA origami to investigate and interact with biological systems. Nat Rev Mater (2022). https://doi.org/10.1038/s41578-022-00517-x
