《Advanced Science》：Bacteriophage-Mimetic DNA Origami Needle for Targeted Membrane Penetration and Cytosolic Cargo Delivery
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本研究受噬菌体侵染机制启发，构建了一种多功能DNA折衣针状结构，功能化修饰了曲妥珠单抗抗体、胆固醇、保护性聚合物及双色染料，实现了对SKBR3癌细胞的选择性靶向与膜穿透。通过二硫键连接的顶端载荷可在高浓度谷胱甘肽（GSH）触发下于胞质内控释，单颗粒追踪技术证实了靶向递送效率。该仿生纳米针为小分子药物直接胞质递送提供了原型装置。
1 引言
噬菌体作为自然界最丰富的生物实体，其通过尾部纤维特异性结合细菌受体并利用针状结构穿透细胞膜直接注入DNA的机制，为解决RNA药物递送中内体逃逸效率低（脂质纳米粒仅约2%载荷可达胞质）的瓶颈提供了新思路。本研究采用自下而上策略构建DNA折衣针状结构，通过模拟噬菌体核心机制实现直接胞质递送。
2 DNA折纸针的制备与表征
针状结构由筒状基座与针杆组成，采用六方DNA晶格设计，包含54个双螺旋（针杆含6个螺旋，长约12纳米）。通过琼脂糖凝胶电泳（AGE）和透射电镜（TEM）验证结构完整性。功能化修饰分步进行：首先通过抗体-DNA（Ab-DNA）偶联物将曲妥珠单抗连接至针体靶向人表皮生长因子受体2（HER2）；随后引入胆固醇修饰DNA促进膜插入；最后用阳离子聚合物聚（脱胺双丙烯酰胺-1,6-二氨基己烷）（PCD）包覆以增强血清稳定性。二硫键连接的Cy3染料作为模型载荷置于针尖，实验证实谷胱甘肽（GSH）可特异性触发释放。
3 细胞特异性靶向与无毒性载荷递送
在HER2阳性SKBR3细胞中，全功能化针状结构（含抗体与胆固醇）通过旋转盘共聚焦成像显示特异性膜靶向（Cy5信号）及胞质内Cy3载荷扩散。省略胆固醇或抗体均导致靶向效率显著下降。流式细胞术进一步验证了对HER2高表达细胞的选择性。毒性实验表明10-20纳摩尔浓度下24小时无显著细胞毒性。内体标记实验显示载荷与内体部分重叠（Manders系数M1=0.507±0.019），但皮尔逊相关系数近零（0.047±0.036），表明存在并行内体摄取与胞质直接递送途径。
4 基于HILO显微术的单分子载荷实时追踪
采用高倾斜薄层光学（HILO）显微术对SeTau-647标记的载荷进行单粒子追踪。全功能化针状结构在细胞膜及胞质内均检测到大量载荷轨迹，而无抗体组则信号显著减少。通过DeepSPT算法对运动模式分类显示，载荷主要表现为受限运动（54.1%）和亚扩散（30.2%），符合膜嵌入或胞质拥挤环境特征。可切割与不可切割载荷的尺寸（回转半径）与偏心度比较证实，可切割组载荷尺寸更小（p=1.3×10?48），且更接近圆形（p=3.9×10?64），表明成功释放单分子而非整体结构。
5 结论
该DNA折衣针通过抗体靶向、胆固醇介导的膜插入及GSH响应性释放，实现了仿噬菌体的直接胞质递送。未来可拓展至RNA、肽类等载荷，并结合光、磁等外源刺激调控释放，为精准纳米医学提供新平台。
