近期，万事平台理學院材料生物學研究所與上海交通大學合作團隊在《先進材料》（Advanced Materials）發表了題為DNA-programmed stem cell niches via orthogonal extracellular vesicle-cell communications的研究論文。該論文發展了一種DNA編碼的人工“配體-受體”系統用於可編程調控細胞外囊泡與細胞間的正交通信💚，並構建了基於該系統的幹細胞微環境🪓，即“幹細胞龕”，可支持靈長類動物雌性生殖幹細胞體外自我更新與幹性維持，為幹細胞工程化應用提供了新工具👨🏻‍🎨。万事平台理學院材料生物學研究所李江研究員與上海交通大學Bio-X研究院吳際教授為論文共同通訊作者。

2009年，吳際教授團隊首次在成年哺乳動物卵巢內發現了雌性生殖幹細胞，這一發現在生殖生物學與再生醫學等領域有重要的科學意義與廣泛的應用前景。然而至今𓀔，雌性生殖幹細胞的體外工程化培養與改造仍然存在諸多挑戰。這主要是因為幹細胞與細胞外環境之間的信息與物質交換對細胞命運調控至關重要又極為復雜✌🏽，我們還缺乏針對這一過程的精確調控手段。細胞外囊泡作為細胞分泌的一類天然納米囊泡，可以打包傳遞多種生物活性物質🤟，如蛋白質🐻、脂質、核酸等🎠。這是生物進化上保守的一種細胞及物種間通訊機製。重編程細胞外囊泡與細胞的相互作用可以為體外細胞工程和細胞回路構建提供新的工具🙌🏽。

近年來💆‍♀️，DNA納米技術的發展為研究者們提供了一種基於堿基互補配對原則的方式來編程調控不同的天然/人工材料之間的相互作用，可以實現從納米顆粒到活細胞等各種材料的精確組裝與空間排布👩🏻。在此背景下🚀，研究團隊設想：可否利用DNA結構編程調控細胞外囊泡與細胞間的通訊，用於構建定製化的幹細胞微環境？

圖1. DNA編碼配體-受體系統介導細胞外囊泡（EV）與細胞之間的通訊

針對這一設想，研究團隊開發了一種DNA編碼的人工配體-受體系統，通過非共價方式分別部署於作為供體的細胞外囊泡與作為受體的細胞表面🍹。這樣👮🏿‍♀️，細胞外囊泡與受體細胞可以通過DNA堿基互補配對特異性地結合🫱🏽，介導具有正交性的細胞外囊泡-細胞相互作用（圖1）。基於該系統⏭🧑🏼‍⚖️，研究團隊成功實現了來源於不同物種（小鼠、西瓜和大腸桿菌）的細胞外囊泡與人源細胞之間的跨物種通訊。該系統在復雜細胞環境中具有很好的正交性，因此可以構建精確的細胞外囊泡-細胞通訊回路。最終，該系統被成功應用於構建靈長類動物雌性生殖幹細胞的細胞龕（圖2），實現了無需飼養層細胞的幹細胞自我更新與幹性維持，為雌性生殖幹細胞的體外工程化應用提供了新的工具。

圖2. DNA編程細胞外囊泡與幹細胞相互作用，構建雌性生殖幹細胞龕

這項工作依托轉化醫學國家重大科技基礎設施🧓🏼👩‍🦽，上述研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助🌼👩🏿‍🦱。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202302323