Metal-organic frameworks for precise inclusion of single-stranded DNA and transfection in immune cells.
Metal-organic frameworks for precise inclusion of single-stranded DNA and transfection in immune cells.
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用于在免疫细胞中精确包含单链 DNA 和转染的金属有机框架
DOI：
10.1038/s41467-018-03650-w
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发表时间：
2018-04-03
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhou X
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Peng S;Bie B;Sun Y;Liu M;Cong H;Zhou W;Xia Y;Tang H;Deng H;Zhou X
基因分子（如DNA）的有效转染通常依赖于能够可逆地摄取和释放这些分子，并保护它们免受核酸酶消化的载体。由于缺乏与DNA的特异性相互作用，满足这些要求的非病毒载体很少见。在此，我们设计了一系列四种同构金属 - 有机框架（Ni - IRMOF - 74 - II至 - V），其孔径从2.2到4.2纳米逐渐调整，以精确容纳单链DNA（ssDNA，11 - 53个核苷酸），并实现金属 - 有机框架与单链DNA之间的可逆相互作用。整个核酸链完全被限制在孔隙内，提供了极好的保护，并且通过X射线衍射可以观察到被限制的单链DNA的几何分布。该系列中的两种金属 - 有机框架在哺乳动物免疫细胞中表现出优异的转染效率，在原代小鼠免疫细胞（CD4 + T细胞）中达到92%，在人免疫细胞（THP - 1细胞）中达到30%，这是商业化试剂（脂质体和Neofect）无法比拟的。
非病毒载体对于转染很重要，但在单链DNA的摄取、保护和释放方面可能存在局限性。在此，作者报道了具有精确控制孔隙几何形状的金属 - 有机框架载体的设计，并展示了该载体在免疫细胞转染中的应用。
Effective transfection of genetic molecules such as DNA usually relies on vectors that can reversibly uptake and release these molecules, and protect them from digestion by nuclease. Non-viral vectors meeting these requirements are rare due to the lack of specific interactions with DNA. Here, we design a series of four isoreticular metal-organic frameworks (Ni-IRMOF-74-II to -V) with progressively tuned pore size from 2.2 to 4.2 nm to precisely include single-stranded DNA (ssDNA, 11–53 nt), and to achieve reversible interaction between MOFs and ssDNA. The entire nucleic acid chain is completely confined inside the pores providing excellent protection, and the geometric distribution of the confined ssDNA is visualized by X-ray diffraction. Two MOFs in this series exhibit excellent transfection efficiency in mammalian immune cells, 92% in the primary mouse immune cells (CD4+ T cell) and 30% in human immune cells (THP-1 cell), unrivaled by the commercialized agents (Lipo and Neofect).
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