基于尺寸筛选DNA水凝胶的传感器通过高效细胞内递送实现mRNA成像

本文推荐了一种基于尺寸筛选的DNA水凝胶（DNA hydrogels）传感器，通过构建三种不同尺寸（DNA hydrogels15/12/9）的四臂DNA结构单元，实现了对c-myc mRNA的高灵敏度检测（检测限达48.5-90.0 pM）和高效细胞内递送。研究表明，中等尺寸的DNA hydrogels12具有最优的细胞摄取效率（约为DNA hydrogels15的2倍）和反应速率（20-40分钟），为肿瘤相关mRNA的原位成像提供了尺寸优化新策略。

　　

Highlight

尺寸筛选的DNA水凝胶传感器通过高效细胞内递送实现mRNA成像

Feasibility analysis

三种四臂DNA结构单元（unit15、unit12和unit9）由四条单链DNA组装而成（所有序列见表S1）。其中，S1-S4用于组装unit15，S5-S8对应unit12，S9-S12对应unit9。四臂结构单元包含双链域和单链域：unit15、unit12和unit9的双链域长度分别为15、12和9个碱基对，其对角线长度经估算分别为10.2纳米、8.2纳米和6.1纳米（图S1）。这些单元通过DNA连接链（linker）自组装成三种尺寸可控的DNA水凝胶（分别命名为DNA hydrogels15、DNA hydrogels12和DNA hydrogels9），并能够被靶标c-myc mRNA特异性切割。在缓冲液测试中，三种水凝胶对c-myc mRNA的响应时间分别为40分钟、30分钟和20分钟，检测限依次为48.5 pM、67.6 pM和90.0 pM。荧光成像显示，DNA hydrogels12的细胞摄取量约为DNA hydrogels15的2倍。综合体外检测性能与细胞内递送效率，DNA hydrogels12被确定为最优尺寸，为DNA水凝胶生物传感器的设计提供了重要参考。

Conclusions

本研究系统探讨了DNA水凝胶尺寸对其灵敏度与细胞内递送效率的影响，实现了mRNA的原位检测。通过调节四臂DNA结构单元的对角线长度，成功构建了三种不同尺寸的DNA水凝胶（DNA hydrogels15/12/9）。实验表明：随着水凝胶尺寸增大，其响应时间延长，但灵敏度提高；而中等尺寸的DNA hydrogels12在保持较高灵敏度的同时，兼具最优的细胞摄取效率。该研究为开发高效细胞内mRNA成像工具提供了尺寸优化新思路。