具有环形传感模块的蜈蚣仿生DNA纳米机器，用于细胞外代谢产物的空间监测

《Analytical Chemistry》：Centipede-Mimetic DNA Nanomachines with Circular Sensing Modules for Spatial Monitoring of Extracellular Metabolites

细胞外小分子代谢物动态监测至关重要，DNA纳米机器存在灵敏度低、结构不稳定等局限。本文设计拓扑工程化环传感模块与多分支DNA纳米线骨架结合的蜈蚣形纳米机器（CMNM），通过膜锚定适配体自组装实现高密度传感器封装，在肿瘤微环境中成功可视化ATP、H+及首次检测到细胞外乳酸。该模块化设计为代谢性疾病机制研究和精准诊疗工具开发提供新范式。

　　

动态监测细胞外微环境中的小分子代谢物对于揭示它们在疾病进展中的病理调控作用至关重要。尽管基于DNA的纳米传感器具有巨大潜力，但它们在空间分辨的细胞外生物标志物成像方面仍存在灵敏度不足、结构不稳定以及信号输出阈值较低的问题。在此，我们报道了一种模仿蜈蚣结构的DNA纳米机器（CMNM），该机器具备以下特点：（1）经过拓扑工程设计的环形传感模块，可增强核酸酶的稳定性和目标识别能力；（2）采用多分支DNA纳米线骨架，其形态类似于蜈蚣，并通过膜锚定适配体实现自组装，从而通过多价相互作用将传感器高密度地固定于活细胞表面。通过重新编程环形传感模块的识别域，CMNM能够对肿瘤细胞环境中的细胞外ATP和H⁺进行空间成像，尤其是首次实现了基于DNA纳米设备的细胞外乳酸可视化。这种仿生且模块化的设计策略为扩展到更广泛的代谢靶标提供了通用平台，为代谢性疾病的机制研究以及精准诊断和治疗工具的开发奠定了基础。