计算机辅助设计疏水性6元DNA纳米管

找到一种能够有选择性和有效地输送药物到患处并具有生物相容性的纳米结构是众多科学家一直以来的梦想。这种纳米结构需具备以下功能：1.能穿过细胞膜2. 有足够的空间容纳被运输的药物 3. 药物必需被送入细胞溶质的隔间内。构建以DNA为单元的纳米管技术近些年发展迅速。因为DNA可以利用序列选择性来粘接细胞标识适配体,所以这种纳米管在药物输送系统方面具有很好的应用前景。然而，迄今为止,文献上还没有构建具有足够疏水性的DNA纳米管并能够穿透细胞膜的相关报道。因此，我们采用了计算机辅助手段对6元DNA纳米管的骨架进行再设计。通过在骨架上接上特定序列氨基酸侧链基团（这些氨基酸的序列来源于具有穿透细胞膜特性的多肽），希望得到的DNA纳米管也具有穿透细胞膜的性质。我们将利用分子动力学和靶向分子动力学来模拟设计好的DNA纳米管和脂双层（lipid bilayer）的相互作用,并用于验证DNA纳米管的膜穿透性质。

随着DNA纳米技术的发展，越来越多的具有特定生物功能的DNA结构被设计出来。在这些结构中，DNA纳米管在药物运输、离子通道、纳米胶囊等领域有很好的应用前景。这些体系必须克服很多障碍，如能够穿透细胞膜、拥有合适的尺寸以便承载药物分子、能够依据环境的变化改变形状等。分子动力学（MD）模拟作为一种有力的手段，已经被用于研究DNA纳米结构的稳定性和设计疏水性DNA纳米结构。然而，DNA纳米管的模拟还未见报导。我们对6元DNA纳米管（6HB）进行了分子动力学模拟，研究了其形状变化及对小分子的运载能力。MD模拟结果显示，6HB在Mg2+为抗衡离子的溶液中比在Na+为抗衡离子的溶液中更家稳定，在这两种不同的溶液中，6HB的形状有明显的区别（纳米管内的体积相差约200nm3）。骨架被甲基化的6HB（6MHB）比原始6HB稳定，能够维持其最初的紧凑构型。MD模拟结果显示，6MHB能够很好地容纳1,8-辛二醇，而在原始6HB中，1, 8-辛二醇很容易逃逸到纳米管之外。这说明6MHB有作为纳米胶囊的潜力，运载药物小分子。希望我们的工作能够为DNA纳米结构的形状控制和新取代核苷酸的设计提供有力帮助，为DNA纳米结构的生物利用提供理论依据。