[發明專利]一種自組裝DNA水凝膠的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201710796421.3
• 申請日: 2017-09-06
• 公開（公告）號: CN107569448B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 畢賽;岳淑珍;齊洪杰;王宗花
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: A61K9/06
• 分類號: A61K9/06;A61K47/26;A61K31/704;A61P35/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 董潔

本發明公開了一種自組裝DNA水凝膠的制備方法及其應用，該DNA水凝膠以“三叉?莖環”結構為中間體，當反應體系中有引發鏈存在時，基于“toehold”介導的鏈取代反應，引發鏈引發“三叉?莖環”中間體自組裝，得到DNA水凝膠，并成功應用于藥物緩釋體系，具有成本低廉、操作簡便、反應快速、生物相容性好等優點，在生物傳感和生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及生物醫藥領域，具體涉及一種自組裝DNA水凝膠的制備方法及其應用。

背景技術

脫氧核糖核酸(DNA)作為存儲、編碼和傳遞遺傳信息的生物大分子，在生命進程中發揮著極為重要的作用。此外，DNA具有序列可設計性和響應性等特點，可程序化組裝為二維或三維結構，用于構建靜態和動態DNA機器、納米器件等。

水凝膠是一種具有三維網狀結構的親水性高分子聚合物。其中，DNA水凝膠作為一種仿生功能材料，具有生物相容性好、結構可控性強等優點。DNA水凝膠主要可分為三類：(1)DNA作為水凝膠骨架側鏈的DNA水凝膠。將DNA共價接枝到水凝膠的高聚物鏈骨架上，利用功能DNA識別靶標分子后結構發生變化，實現水凝膠的響應功能；(2)以DNA鏈為交聯劑形成的DNA水凝膠。將DNA接枝到高聚物鏈上，基于Watson-Crick堿基互補配對原則實現水凝膠的交聯；(3)純DNA超分子水凝膠。該類水凝膠直接以DNA為構造單元，基于DNA自組裝技術實現水凝膠的形成。與前兩種DNA水凝膠相比，純DNA超分子水凝膠可通過精確的序列設計調控DNA水凝膠的組裝過程，耗時較短，生物相容性好，且避免了采用高分子聚合物(如聚丙烯酰胺)為骨架構建DNA水凝膠時繁瑣的修飾步驟，已被應用于藥物釋放、細胞培養和體外蛋白質表達等，在生物醫學等領域具有潛在的應用前景。

針對以上現有技術以及純DNA水凝膠的優點，目前亟需研究一種新型的僅由DNA分子自組裝的水凝膠及其制備方法。

發明內容

針對現有技術，本發明的目的是提供一種自組裝DNA水凝膠的制備方法及其應用，具有成本低廉、操作簡單、反應快速、通用性強等優點。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明的第一個方面，提供了一種自組裝DNA水凝膠的制備方法，該制備方法包括以下步驟：

首先將三條DNA單鏈Y1、Y2、Y3進行退火處理，形成三叉結構Y-DNA；

然后將Y-DNA與三種DNA發夾HP1、HP2、HP3混合，基于Watson-Crick堿基互補配對原則，形成“三叉-莖環”中間體；

加入引發鏈后，基于“toehold”介導的鏈取代反應，引發鏈與“三叉-莖環”中間體中的HP1的toehold區域互補雜交，引發鏈遷移進程，使HP1的發夾結構打開；

溶液中“三叉-莖環”中間體中的HP2的toehold區域與HP1打開后裸露的單鏈DNA序列互補雜交，引發鏈遷移進程，使HP2的發夾結構打開；

溶液中“三叉-莖環”中間體中的HP3的toehold區域與HP2打開后裸露的單鏈DNA序列互補雜交，引發鏈遷移進程，使HP3的發夾結構打開，從而形成由三個“三叉-莖環”相交聯的雜交體，同時將引發鏈取代下來釋放到溶液中引發新一輪反應，實現引發鏈的循環，此過程即為一個催化莖環組裝反應；

同理，經過一系列的催化莖環組裝反應，最終使“三叉-莖環”中間體交聯形成大的支化結構，生成DNA水凝膠。

本發明還保護通過上述方法制備得到的DNA水凝膠以及其在制備藥物載體用于藥物緩釋中的應用。

本發明的第二個方面，提供了一種負載藥物的自組裝DNA水凝膠的制備方法，包括以下步驟：

首先將三條DNA單鏈Y1、Y2、Y3退火處理，形成三叉結構Y-DNA；