單鏈DNA折紙術(shù)（single-stranded DNA origami）是傳統(tǒng)DNA折紙術(shù)的一種進(jìn)化和衍生，它摒除了對眾多短序列的需求，通過高度集成序列信息于一條長單鏈DNA中, 實(shí)現(xiàn)了單個DNA序列的自我折疊和組裝體構(gòu)建（類似于蛋白質(zhì)由一條長肽鏈折疊成三維結(jié)構(gòu)）。

單鏈 DNA組裝體（ssDNs）的可編程性和可尋址性均能與傳統(tǒng)的多鏈 DNA 組裝體相媲美，此外它們還具有產(chǎn)物單一、純凈度高的先天優(yōu)勢及可在生物體內(nèi)復(fù)制的潛力。然而，目前對于200個堿基以上的DNA序列，化學(xué)合成的成本高、產(chǎn)量低，當(dāng)序列中包含較多的二級結(jié)構(gòu)時會進(jìn)一步阻礙合成的效率，這些因素限制了單鏈 DNA組裝體在生命和材料科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

一種高效制備單鏈DNA納米結(jié)構(gòu)的生物方法。通過將多個單鏈DNA組裝體序列以假基因片段形式與自切割型DNA核酶序列有機(jī)串聯(lián)成一個整體，并重組到噬菌體基因組中，實(shí)現(xiàn)了依托噬菌體存儲組裝體序列信息，可隨時擴(kuò)增放大并根據(jù)需求制備相應(yīng)單鏈DNA組裝體的策略。

以一條由520 個堿基的序列折疊而成的三角形組裝體為例，展示了制備方法的整個流程。首先，通過電腦程序輔助設(shè)計出可自組裝成三角形的長單鏈DNA序列。

 隨后，把該組裝體序列作為一個假基因片段進(jìn)行化學(xué)合成，并在片段的兩端各自插入一個Zn2+依賴的自切割型DNA核酶（有催化能力的核酸序列）；接著，將該片段重組到質(zhì)粒或噬菌粒中，通過體外或體內(nèi)的滾環(huán)復(fù)制擴(kuò)增方式放大制備單鏈DNA序列；最后，在添加Zn2+的條件下，DNA核酶自發(fā)切割并釋放出單鏈DNA組裝體序列。

此外，在前人利用順式 （cis） DNA核酶制備單鏈DNA的基礎(chǔ)上，拓展了活性更強(qiáng)的反式 （trans） 核酶的使用。當(dāng)多種不同形狀 （三角形，520 nt；四邊形，680 nt；菱形，2200 nt；方形結(jié)，1700 nt） 的單鏈DNA組裝體出現(xiàn)時有所需的狀況時 ，提出以串聯(lián)多個組裝體和反式核酶序列的方式，既能在重組和放大過程中節(jié)約時間和勞動力，又能在切割分離目的組裝體時獲得高效性和可控性。依托基于反式核酶的生物法，制備單鏈DNA組裝體時成本可低至1500 rmb/g，產(chǎn)量可達(dá)g-kg，長度可至10000個堿基以上。

研究提出了一種利用反式切割型DNA核酶突破化學(xué)合成長單鏈DNA序列瓶頸的生物法策略，為單鏈DNA組裝體的高效制備奠定了基礎(chǔ)，也為基于DNA組裝體的下游應(yīng)用，如輔助脂質(zhì)體分離制備及研究細(xì)胞對脂質(zhì)體的攝取等掃清了障礙。此外，長單鏈DNA序列的高效制備還可能為基于長程單鏈DNA片段的基因敲入、基于長程鎖式探針的長程測序等新技術(shù)的發(fā)展提供支撐。

脂質(zhì)體 是臨床應(yīng)用最為廣泛的納米藥物載體之一，其粒徑大小和表面修飾等性質(zhì)是影響遞藥效率的關(guān)鍵因素。此前，由于制備的脂質(zhì)體的粒徑區(qū)分度和均一性都較差，對于粒徑影響細(xì)胞攝取脂質(zhì)體的分析研究多停留在較為模糊的定性層面，從而導(dǎo)致了藥物制備工藝中對脂質(zhì)體粒徑大小的規(guī)定缺乏精細(xì)的定量標(biāo)準(zhǔn)。

在解決了單鏈DNA組裝體在輔助分離脂質(zhì)體時作為一種消耗型材料的來源和成本問題后，大量 （mg-g級） 地制備了在40-100 nm范圍內(nèi)的粒徑精確均一的包裹了DNA組裝體的脂質(zhì)體；隨后，選取40, 72和96 nm的三種粒徑大小的脂質(zhì)體和多種細(xì)胞孵育，研究粒徑對細(xì)胞攝取脂質(zhì)體的影響，研究結(jié)果表明，與正常的HEK293T細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞 （HeLa細(xì)胞和MDA-MB-231細(xì)胞） 更容易吞噬這些包裹了DNA組裝體的脂質(zhì)體，且攝取量最多的粒徑為96 nm；此外，當(dāng)脂質(zhì)體表面的DNA組裝體被去除后，所有細(xì)胞攝取脂質(zhì)體的效率都顯著降低。這些現(xiàn)象表明脂質(zhì)體的粒徑大小和表面修飾的DNA組裝體共同影響著細(xì)胞對脂質(zhì)體的攝取。

下一步，計劃將DNA組裝體輔助制備的脂質(zhì)體的粒徑范圍擴(kuò)大至150 nm，系統(tǒng)地測量和分析各種腫瘤細(xì)胞對脂質(zhì)體攝取的最佳粒徑區(qū)間、各種正常細(xì)胞對脂質(zhì)體低效攝取粒徑區(qū)間，以及脂質(zhì)體靶向各類組織和器官的最佳粒徑區(qū)間等，以期為設(shè)計更安全高效的脂質(zhì)體藥物載體平臺提供有力的數(shù)據(jù)。