首次通过设计DNA，模拟了生物捕获键

UBC奥肯那根大学的一个研究小组开发出了一种人工粘附系统，它能很好地模仿自然生物相互作用，这是同类技术的首次突破。

　　

UBC奥肯那根大学的一个研究小组开发出了一种人工粘附系统，它能很好地模仿自然生物相互作用，这是一项史无前例的突破。

Isaac Li博士和他在Irving K. Barber理学院的团队在单分子和单细胞水平上研究生物物理学。他们的研究重点是了解细胞如何相互作用以及细胞与环境的物理相互作用，最终目标是开发用于疾病诊断和治疗的创新工具。

Li博士的两名博士生Micah Yang和David Bakker设计了一种新的分子，可以改变细胞相互粘附和交流的方式。

该研究的主要作者Micah Yang解释说，所有细胞都有一种天然的“粘性”，使它们能够交流、连接在一起并形成组织。不像日常的胶水，在增加的力量下更容易释放，许多细胞粘合剂的相互作用是相反的——你越用力，它们就越牢固。这种违反直觉的自我强化粘性，被称为“抓牢键”，对于促进基本的生物功能和保持身体完整至关重要。

Yang的创新涉及一对DNA分子，旨在复制这种捕获键行为。

这种基于DNA的系统因其独特的结构而被称为“鱼钩”，由两部分组成：鱼和鱼钩。利用互补的DNA碱基对相互作用，该系统的功能就像鱼咬钩一样，形成了一个捕获键。通过修改鱼和鱼钩的DNA序列，可以精确地调整这种纽带的行为，从而在不同的力下控制其强度。

“Catch键在T细胞受体和细菌粘附等系统中起着关键作用，它们是免疫反应、组织完整性和机械传感（细胞检测和响应物理力的能力）的关键，”Yang说。“数百万年来，大自然已经完善了这些相互作用，但直到现在，综合复制它们的动态特性一直是一个重大挑战。

这项研究最近发表在《Nature Communications》杂志上，强调了这种基于DNA的新型系统的优势。

Yang说：“这个系统的可调性比以前的人工捕获键有了重大的进步。精确控制键的力依赖行为的能力使其成为研究生物相互作用和开发创新材料的理想工具。”

Yang说，鱼钩键的潜在应用是巨大的。在材料科学领域，这种设计可以激发人们创造出在压力下变得更强的响应材料，使其成为耐用性至关重要的可穿戴技术或航空航天应用的理想选择。

在医学上，这种方法可以改善药物输送系统或组织支架，使它们能够以一种力敏感的方式与细胞相互作用，模仿自然的生物过程。

虽然人工黏附键的发展仍处于早期阶段，但Yang认为这是仿生工程中令人兴奋的一步——一种寻求复制自然系统的效率和适应性的方法。这项工作为设计模仿或增强自然生物过程的材料开辟了新的可能性。

“通过模拟生物相互作用，比如捕捉键，科学家们不仅更多地了解了这些系统在自然界中的工作方式，而且为能够改善人类生活的新技术铺平了道路。”

Engineering tunable catch bonds with DNA