計算機輔助設計疏水性6元DNA納米管

《計算機輔助設計疏水性6元DNA納米管》是依託南開大學，由林建平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：計算機輔助設計疏水性6元DNA納米管
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林建平
• 依託單位：南開大學

中文摘要

找到一種能夠有選擇性和有效地輸送藥物到患處並具有生物相容性的納米結構是眾多科學家一直以來的夢想。這種納米結構需具備以下功能：1.能穿過細胞膜2. 有足夠的空間容納被運輸的藥物 3. 藥物必需被送入細胞溶質的隔間內。構建以DNA為單元的納米管技術近些年發展迅速。因為DNA可以利用序列選擇性來粘接細胞標識適配體,所以這種納米管在藥物輸送系統方面具有很好的套用前景。然而，迄今為止,文獻上還沒有構建具有足夠疏水性的DNA納米管並能夠穿透細胞膜的相關報導。因此，我們採用了計算機輔助手段對6元DNA納米管的骨架進行再設計。通過在骨架上接上特定序列胺基酸側鏈基團（這些胺基酸的序列來源於具有穿透細胞膜特性的多肽），希望得到的DNA納米管也具有穿透細胞膜的性質。我們將利用分子動力學和靶向分子動力學來模擬設計好的DNA納米管和脂雙層（lipid bilayer）的相互作用,並用於驗證DNA納米管的膜穿透性質。

結題摘要

隨著DNA納米技術的發展，越來越多的具有特定生物功能的DNA結構被設計出來。在這些結構中，DNA納米管在藥物運輸、離子通道、納米膠囊等領域有很好的套用前景。這些體系必須克服很多障礙，如能夠穿透細胞膜、擁有合適的尺寸以便承載藥物分子、能夠依據環境的變化改變形狀等。分子動力學（MD）模擬作為一種有力的手段，已經被用於研究DNA納米結構的穩定性和設計疏水性DNA納米結構。然而，DNA納米管的模擬還未見報導。我們對6元DNA納米管（6HB）進行了分子動力學模擬，研究了其形狀變化及對小分子的運載能力。MD模擬結果顯示，6HB在Mg2+為抗衡離子的溶液中比在Na+為抗衡離子的溶液中更家穩定，在這兩種不同的溶液中，6HB的形狀有明顯的區別（納米管內的體積相差約200nm3）。骨架被甲基化的6HB（6MHB）比原始6HB穩定，能夠維持其最初的緊湊構型。MD模擬結果顯示，6MHB能夠很好地容納1,8-辛二醇，而在原始6HB中，1, 8-辛二醇很容易逃逸到納米管之外。這說明6MHB有作為納米膠囊的潛力，運載藥物小分子。希望我們的工作能夠為DNA納米結構的形狀控制和新取代核苷酸的設計提供有力幫助，為DNA納米結構的生物利用提供理論依據。