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CRISPR智能响应水凝胶!多臂聚乙二醇水凝胶

日期: 2020-01-16


        CRISPR技术是一种基因编辑工具。由生物信号激活的刺激响应材料在生物技术应用中起着越来越重要的作用。美国麻省理工学院James J. Collins及其研究小组报道了一种可批量应用的,可编程的CRISPR响应智能材料。利用CRISPR相关核酸酶的可编程性来激活包含DNA的水凝胶,作为结构元件或悬垂基团的锚。在通过引导RNA定义的输入激活后,Cas12a裂解凝胶中的DNA,从而将生物学信息转化为物质特性的变化。文章中报告了四种应用:
(i)支链聚乙二醇水凝胶释放DNA固定化合物,
(ii)可降解聚丙烯酰胺-DNA水凝胶包封纳米粒子和活细胞,
(iii)导电碳黑-DNA水凝胶可降解的电熔丝,
(iv)用作流体的聚丙烯酰胺-DNA水凝胶,具有用于远程信号传输的电读数。这些材料允许在一定范围内应用于体外组织工程,生物电子学和诊断学。

        由于CRISPR-CAS酶的特异性和可编程性,它们已经被开发为有效的基因组编辑工具,并在核酸诊断应用如SHERLOCK和DETECTR。DNA响应水凝胶非常适合与合成的DNA构建物或天然存在的细胞外DNA结合。目前很多的DNA响应水凝胶通常依赖于链置换或在DNA交联剂中结构变化,这些都需要高浓度的DNA目标物触发来致动。作者报道的水凝胶材料可以响应任何目标DNA,而且不需要高浓度DNA目标物触发。文章分别报道了小分子药物或者蛋白质可控释放的多臂聚乙二醇水凝胶,金纳米颗粒甚至活细胞可控释放的聚丙烯酰胺水凝胶,用作保险丝的导电炭黑水凝胶以及与微流控芯片结合实现病毒的快速灵敏检测。
 
图1 Cas12a介导的小分子和酶在PEG水凝胶中的释放。

 


图2 从PA-DNA水凝胶中可编程释放NP和活细胞。
 


图3 CB-DNA水凝胶可用作Cas12a驱动的电熔丝。
 


图4 水凝胶前体的Cas12a消化可调节纸基微流控设备(μPAD)的渗透性,具有可视和电子双重读数,可用于诊断应用。





        
文章标题:Programmable CRISPR-responsive smart materials


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