DNA四面体在制备促进成肌细胞增殖的药物中的用途

与肌肉退行性疾病和容积性肌肉损失(VML)相关的挑战强调了肌肉组织再生的前景。尤其是维持成肌细胞的干细胞和自我更新，以尽快产生足够数量的细胞，这突出了成肌细胞数量和质量的重要性。然而，由于肌肉修复能力的下降，老化细胞状态的改变逐渐显现出来。目前，在缺乏一个令人满意的方法来维持肌肉再生能力，药物的发现，促进肌肉再生中的成肌细胞活性仍然是实验研究的目标。四面体骨架核酸(tFNA)能够调节细胞的各种生物学行为，包括增殖和迁移，在组织工程领域具有广阔的应用前景。在本研究中，我们研究了 tFNA 对成肌细胞增殖、自噬调节、干细胞维持和相关潜在机制的影响，以及它们在体内的骨骼肌修复。结果表明，tFNA 通过 Wnt/β-catenin 信号通路促进成肌细胞增殖。此外，成肌细胞的自噬水平上调，干细胞暴露于 tFNA 后也得以维持。此外，动物实验表明，tFNA 可以促进急性肌肉损伤中的骨骼肌再生。因此，基于 tFNA 的应用，为增强成肌细胞活性和促进骨骼肌再生提供了新的思路。

背景：

外伤或手术导致的创伤，以及先天性的肌肉发育疾病都可能导致持续的骨骼肌功能障碍，从而引起肌肉运动不足和日常生活活动受限。与肌肉退行性疾病和肌肉缺损相关的治疗挑战强调了肌肉组织再生领域的研究前景。为了快速产生足够数量的细胞，保持成肌细胞的干性和自我更新至关重要。然而，由于肌肉的修复能力随着肌肉组织的衰老而逐渐下降，细胞状态的衰老也逐渐显现出来。目前仍然缺乏令人满意的治疗手段来维持肌肉的再生能力，因此探究用于促进肌肉再生中成肌细胞活性的药物仍然是肌肉再生领域中研究的热点，以获得满意的临床治疗效果、可升级的药物可编辑性和适当的药物稳定性

前沿科研成果：DNA四面体在制备促进成肌细胞增殖的药物中的用途

四面体框架核酸材料(tetrahedral framework nucleic acids，tFNAs)在靶细胞成像、药物递送、肿瘤学和生物学应用方面的相关研究也相继出现。作为一种核酸框架材料，tFNAs不仅具有优异的可编辑性，而且比单链DNA 具有更出色的稳定性和入胞能力。以往的研究表明，tFNAs 可以促进细胞增殖、迁移和分化，并且具有优异的抗炎作用，良好的生物相容性。因此，tFNAs 能否提高成肌细胞的活性从而在骨骼肌再生过程中发挥作用值得探索。

因此，本研究团队探究了tFNAs 对成肌细胞增殖、自噬活动和干性维持的影响，以及tFNAs 作用下成肌细胞相关变化的潜在机制。在体外实验的基础上，采用小鼠急性肌肉损伤模型进一步验证了tFNAs 对骨骼肌再生的积极作用。研究结果提示tFNAs 在骨骼肌再生方面有很好的前景。考虑到其良好的可编辑性和生物相容性，tFNAs 有可能在未来与其他成肌细胞相关的药物一起使用，以获得更加满意的治疗效果。

研究方法：

采用AFM、TEM、和PAGE等方法鉴定tFNA合成合理化性质；共聚焦显微镜和流式细胞术检测tFNA进入成肌细胞的能力；CCK8和EDU分析tFNA对成肌细胞增殖能力和细胞活性的影响；qPCR、WB和细胞免疫荧光成像检测tFNA对成肌细胞自噬水平和细胞干性的影响及其潜在机制。动物实验（小鼠急性肌损伤模型）检测tFNA对骨骼肌再生的促进作用。

实验结果：

采用PAGE、毛细管电泳、Zeta 电位、TEM对tFNAs 的尺寸和形态进行鉴定。共聚焦荧光成像和流式细胞术检测tFNA进入成肌细胞的能力。CCK-8、EdU 成像和EdU 流式细胞术证实tFNAs 能够Wnt 信号通路促进C2C12 成肌细胞的增殖。通过免疫荧光成像、Western Blot 和qPCR证实tFNAs 纳米材料能够刺激C2C12 细胞内自噬相关因子表达进而上调自噬水平，加速成肌细胞内大分子物质及异常细胞器的降解，同时维持成肌细胞干性。构建急性肌损伤的C57小鼠动物模型，通过HE 染色、观察胶原纤维分布的Masson 三色染色和PAX7 免疫组化染色证实tFNA不仅可以促进和加速急性损伤肌肉组织的愈合进展，还可以增加愈合过程中成肌细胞的产生减少受损骨骼肌愈合后的瘢痕形成。

研究结论：

技术团队成功合成了tFNA，基于成肌细胞证实了tFNAs 在肌肉再生方面的优异效果。tFNA 能够通过Wnt/β-catenin 信号通路提高C2C12 成肌细胞的活性，包括促进增殖、上调自噬水平和维持PAX7 表达，加速小鼠急性损伤肌肉的修复和再生进程，重建衰老成肌细胞的自我稳态和提高细胞自我更新能力，从而进一步避免肌肉组织的再生功能不全。tFNAs 是肌肉再生领域非常有应用前景的治疗选项，比如肌肉组织工程、创伤后肌肉修复和肌肉萎缩治疗。

发表文献：Materials Chemistry Frontiers 2020, 2731-2743 ，IF=7  DOI: 10.1039/D0QM00329H

Cite this: DOI: 10.1039/d0qm00329h Effects of the tetrahedral framework nucleic acids on the skeletal muscle regeneration in vitro and in vivo