文章导读
生物体内电信号调控常陷于两难：高压易伤细胞，低压又难穿透屏蔽。武汉大学梁乐团队在《科学进展》发表新成果，推出名为 DNA-FOCUS 的生物电子界面，能在活细胞表面原位自组装。该界面巧妙将亚伏特宏观电压聚焦为膜表面纳米级热点，在不损伤细胞前提下激活钙离子通道，并实现温和电穿孔递送质粒、增强神经兴奋性及提升免疫细胞杀伤效率。这种可编程界面如何改写细胞工程与生物电子学的交互规则？
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（通讯员高妍）近日，《科学进展》（Science Advances）在线发表了武汉大学高等研究院、复杂生命体代谢与调控全国重点实验室教授梁乐课题组的最新研究成果。该研究开发了一种名为DNA-FOCUS的生物电子界面，为理解低压电调控细胞钙信号提供了新视角。论文题为“Bioelectric calcium transport and activation in mammalian cells using field-focused DNA-carbon nanotube meshes”。武汉大学高等研究院博士研究生李浩冬为第一作者，梁乐与张江实验室贾思思为通讯作者，武汉大学高等研究院为第一署名单位和通讯作者单位。
生物体内的电信号主要依靠离子传输。传统的平面电极通常需要在刚性基底上施加较高的电压才能克服德拜屏蔽并穿透主体电解质，但这往往会导致电场扩散、介质加热、pH变化等问题。相比之下，将电压降低到生物安全范围内，物理门控通道往往又会失去响应。针对上述问题，研究团队设计并构建了DNA-FOCUS，一种可在活细胞表面原位自组装的DNA编程碳纳米管生物电子界面，该界面能够将亚伏特级别的宏观电压聚焦为膜表面的纳米级热点，通过降低接入电阻，激活钙离子通道，在不影响细胞活力的条件下，驱动钙信号的激活。
团队还拓展了该技术在细胞功能调控中的应用，DNA-FOCUS聚焦下可实现温和的电穿孔以递送质粒、增强光镊操控下的机电转换信号、提升神经细胞的兴奋性、以及增强自然杀伤细胞对肿瘤细胞的靶向杀伤效率。该方法证明了这种可编程的生物电子界面在细胞工程和生物电子学中具有一定的应用潜力。
本研究得到了国家自然科学基金的支持，并获得武汉大学科研公共服务平台支持。
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