CN1952126A - 分子传递/分子递送系统及分子传递/分子递送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供分子传递/分子递送系统及分子传递/分子递送方法，该系统可以无需来自外部的控制而自主性地将负荷分子装载在载体分子上、传递/递送至目的地并在目的地进行卸载。本发明的分子传递/分子递送系统包括：利用核苷酸的双链形成能力将负荷分子(30)装载于载体分子(20)上的装载区域(50)、和在目的地利用核苷酸的双链形成能力和解链作用将负荷分子从载体分子上卸载下来的卸载区域(40)。在载体分子上结合有包含具有第一链长的第一核苷酸单链的牵引用核苷酸链(21)，在负荷分子上结合有具有比第一链长更长的第二链长的第二核苷酸单链(31)。在卸载区域上固定有与所述第二核苷酸单链长度相同的第三核苷酸单链(41)。

Description

分子传递/分子递送系统及分子传递/分子递送方法
技术领域
本发明涉及能够将所希望的分子运送至目的地并在目的地将运送到的分子分离出来的分子传递/分子递送系统。
背景技术
人们已经知道，若将趋动蛋白(kinesin)或肌球蛋白(myosin)等动力蛋白质(motor protein)固定在通过紫外线照射或电子束的直接印刷等形成有细微图案的玻璃或塑料等的基板流路上，则与动力蛋白质相互作用的微管或肌动蛋白纤丝会沿着图案化的流路(patterned channel)进行滑动(例如，参照非专利文献1)。人们还知道，若将如此滑动的微管表面进行生物素化，则通过使该表面与进行了链霉抗生物素(streptavidin)化的微珠等负荷分子进行生物素-抗生物素蛋白(biotin-avidin)结合，能够将负荷分子(targeted cargo molecule)装载于微管并进行运送(例如，参照非专利文献2)。
然而，生物素-抗生物素蛋白结合是在生物系统的相互作用中具有最高亲和力的结合之一，这一点已广为人知，从本质上来说，即使能够将负荷分子装载于微管并进行运送，也不可能将负荷分子从微管上卸载下来。
另外，有提案提出了这样的设想，即，将具有包合、缓释客分子(guestmolecule)功能的环糊精生物素化，使其通过链霉抗生物素与生物素化的微管相结合，由此则有可能在维持着微管的滑动能力的状态下使作为环糊精的客分子的负荷分子进行可逆卸载(例如，参照非专利文献3)。然而，将被环糊精包合了的负荷分子缓释出去时需要紫外线照射等的外部刺激，因而难以将其作为不依赖外部控制的系统进行自主性操作。而且，该设想中还存在由于导入外部控制而使系统控制复杂化以及整个系统的规模巨大化等问题。
[非专利文献1]Y.Hiratsuka等，“趋动蛋白驱动的微管沿显微印刷流路的运动的运动方向的控制(Controlling the Direction of Kinesin-drivenMicrotubule Movements along Microlithographic Tracks)”，BiophysicalJournal，vol.81，pp.1555-1561，Sep.2001。
[非专利文献2]H.Hess等，“由动力蛋白在工程表面的载荷运送所成的光控分子往复运送线路(Light-controlled Molecular Shuttles Made fromMotor Proteins Carrying Cargo on Engineered Surfaces)”，Nano Letters，vol.1，no.5，pp.235-239，2001。
[非专利文献3]K.Kato等，“微管-环糊精结合：以分子包合能力对运动纤丝进行功能化(Microtubule-cyclodextrin Conjugate：Functionalization of Motile Filament with Molecular Inclusion Ability)”，Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，vol.69，no.3，pp.646-648，Mar.2005。
发明内容
因而，本发明以实现一种分子传递/分子递送系统为课题，该分子传递/分子递送系统可以不需要导入外部的控制而自主性地完成将所希望的分子装载在滑动的载体分子上、传送至目的地、并在目的地将该所希望的分子进行卸载这一系列的动作。
为了实现上述课题，在本发明中，在维持着载体分子(微管或肌动蛋白纤丝)的滑动能力的情况下，以生化方式将单链核苷酸(牵引用单链核苷酸)结合在载体分子上。另外，将所具有的链的长度比结合于载体分子的单链核苷酸更长的单链核苷酸(装载用单链核苷酸)以生化方式结合在负荷分子上。将负荷分子的单链核苷酸设计为与结合于载体分子的单链核苷酸部分互补从而形成双链。
由此，结合有牵引用单链核苷酸的载体分子在结合有装载用单链核苷酸的负荷分子的附近滑动时，这些单链核苷酸之间发生双链形成反应(杂交反应)，负荷分子被装载在载体分子上。单链核苷酸之间发生的双链形成反应是基于能量状态转变的自然生化反应(双链核苷酸比单链核苷酸更加稳定)，无需外界的控制。装载有负荷分子的载体分子沿着进行了图案化的流路在经固定的动力蛋白质上向目的地进行滑动，负荷分子即被运送至目的地。
能够与结合在负荷分子上的单链核苷酸完全互补而形成双链、而且具有与结合于负荷分子上的单链核苷酸相同链长的单链核苷酸(卸载用单链核苷酸)以生化方式结合在目的地的流路上。由此，装载、牵引负荷分子的载体分子滑动至结合有卸载用单链核苷酸的目的地附近时，结合于负荷分子的单链核苷酸与结合于目的地的单链核苷酸之间发生更加稳定的双链形成反应，由于双链形成作用和解链作用(即链交换反应)而使负荷分子与载体分子之间的双链解开，负荷分子从载体分子上被卸载下来。
更具体地说，本发明的第一方面提供一种分子传递/分子递送系统。该系统包括：
(a)利用核苷酸的双链形成能力将负荷分子装载于载体分子上的装载区域、和
(b)在目的地利用核苷酸的双链形成能力和解链作用将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来的卸载区域。
在优选的构成例中，使包含具有第一链长的第一核苷酸单链的牵引用核苷酸链结合在所述载体分子上，使具有比第一链长更长的第二链长的第二核苷酸单链结合在所述负荷分子上，在所述装载区域，使所述第一核苷酸单链与第二核苷酸单链的一部分形成双链，由此将所述负荷分子装载于所述载体分子上。
在优选的构成例中，所述分子传递/分子递送系统还含有表面固定有动力蛋白质的传递通道(该传递通道延伸在所述装载区域和卸载区域之间)。此时，载体分子沿着所述传递通道移动。
在优选的构成例中，将与所述第二核苷酸单链长度相同的第三核苷酸单链固定在作为目的地的卸载区域中。
在其它的构成例中，结合于载体分子、负荷分子和卸载区域的核苷酸链中的至少一个具有双链基部和单链端部(粘性末端)，并且将其设定为所述双链基部的解链温度比利用所述单链端部形成的双链的解链温度高。
本发明的第二方面提供一种分子传递/分子递送方法。该方法包括下述步骤：
(a)利用核苷酸的双链形成能力将负荷分子装载在载体分子上；
(b)在目的地利用核苷酸的双链形成能力与解链作用将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
优选上述分子传递/分子递送方法进一步包括下述步骤：
(c)使包含第一核苷酸单链的牵引用核苷酸链与所述载体分子结合，所述第一核苷酸单链具有第一链长；
(d)使载体分子在固定于传递通道的动力蛋白质上进行滑动；
(e)将结合有第二核苷酸单链的负荷分子导入所述传递通道，所述第二核苷酸单链具有比所述第一链长更长的第二链长；
(f)利用所述第一核苷酸单链与第二核苷酸单链之间的双链形成能力将所述负荷分子装载在所述载体分子上；
(g)沿着所述传递通道将所述负荷分子递送至目的地。
在优选的构成例中，在所述卸载区域中，所述第二核苷酸单链中未与所述第一核苷酸单链形成双链的核苷酸单链部分与固定于所述卸载区域的第三核苷酸单链之间形成双链，以该双链的形成为触发点(trigger)，将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
根据本发明，可以不需要导入外部的控制而自主性地完成将负荷分子装载在滑动的载体分子上、传送至目的地、并在目的地将该负荷分子进行卸载这一系列的动作。
附图说明
图1为本发明的一个实施方式中涉及的分子传递/分子递送系统的概要构成图。
图2为结合于作为载体分子的微管的单链核苷酸与结合于负荷分子的单链核苷酸相连结(通过双链反应而使负荷分子装载到载体分子上)的示例图。
图3为负荷分子的单链核苷酸与固定于卸载区域上的单链核苷酸相连结(通过双链反应而使负荷分子从载体分子上卸载下来)的示例图。
图4为用来分开不同负荷分子的单链核苷酸的碱基序列的示例图。
图5为结合于载体分子(微管)的牵引用核苷酸链的变形例的示意图。
符号说明
1基板
10流路
11动力蛋白质(趋动蛋白)
20载体分子(微管)
21牵引用核苷酸链
21a基部双链
21b端部单链
30A、30B负荷分子
31A、31B装载用单链
40A、40B卸载区域
41A、41B卸载用单链
50装载区域
具体实施方式
下面参照附图对本发明的优选实施方式加以说明。在下面的实施例中，以用微管作载体分子、用单链脱氧核糖核酸(ssDNA)作单链核苷酸、用趋动蛋白作动力蛋白质的情况为例进行说明，但是本发明并不限于这些实施例。
图1为本发明的一个实施方式中涉及的分子传递/分子递送系统的整体图。该系统包括：表面固定有动力蛋白质(趋动蛋白)11的传递通道(流路)10、沿着传递通道10在经固定的动力蛋白质11上进行滑动的载体分子(微管)20、将负荷分子30装载于载体分子20的装载区域50、以及将指定的负荷分子30从载体分子20上卸载下来的卸载区域40。
在作为载体分子的各微管20上结合有用作牵引用核苷酸的第一单链核苷酸(短ssDNA)21。
在负荷分子30上结合有比第一单链核苷酸更长的第二单链核苷酸(长ssDNA)31。进行设计使得长ssDNA31的一部分为结合于微管20的短ssDNA21的互补链，从而二者可部分地形成双链。
第三单链核苷酸(长ssDNA)41结合于卸载区域40上，第三单链核苷酸41具有与结合于负荷分子30的第二ssDNA31相同的链长，且与第二ssDNA31完全互补，能够与之形成完整双链。
通过在玻璃或塑料等基板1上用紫外线进行照射或以电子束进行直接印刷来形成纳米(nm)级到微米(μm)级的细微图案，由此能够制作传递通道(流路)10。为了易于说明，在图1的例子中仅表示出单一环状的流路，但本发明并不仅限于此，可以图案化成所希望的线路形状和形式。
将作为动力蛋白质的趋动蛋白11涂布并固定在进行了图案化的流路10上。趋动蛋白11既可以为从猪脑等采集纯化得到的野生型，也可以为将源自果蝇或大鼠等的动力蛋白质表达质粒在大肠杆菌等中进行表达纯化而得到的重组型。已知有多种将趋动蛋白11固定在流路10上的方法，例如，若是重组型的趋动蛋白，可以将其尾部生物素化，将具有易于与流路10的表面结合的性质的BSA等蛋白质生物素化后借助链霉抗生物素进行结合和固定。此外，除了三磷酸腺苷(ATP)或镁离子外，在进行了图案化的流路10内还充满了溶有激活趋动蛋白11所必需的成分的水溶液。
微管20在趋动蛋白11上滑动，该趋动蛋白11被固定在进行了图案化的流路10上；如前所述，将第一ssDNA21以生化方式结合在所述微管20上。微管20与ssDNA21相结合的方法有多种。例如，可以用交联剂将微管20的羧基与5’末端或3’末端进行了氨基化的ssDNA21进行化学结合，也可以用交联剂将微管20的氨基与5’末端或3’末端硫醇化了的ssDNA21进行化学结合。或者，也可以借助链霉抗生物素使进行了生物素化的微管20与5’末端或3’末端进行了生物素化的ssDNA21相结合。
第一ssDNA21的链长为任意长度，在本实施例中为12个碱基。另外，第一ssDNA21的碱基序列可以为任意构成，但优选不会形成发夹环结构等的闭环、且能够在室温下发生双链形成反应的序列。
以生化方式将第二ssDNA31结合在负荷分子30上。该第二ssDNA31部分地与结合于微管20的第一ssDNA21互补，二者能够形成双链，并且，该第二ssDNA31比结合于微管20的第一ssDNA21链的长度更长。
在本实施例中，将第二ssDNA31的链长例如设为32个碱基。作为结合负荷分子30与ssDNA31的方法，与将微管20与第一ssDNA21结合的方法相同，可以利用交联剂或利用生物素-抗生物素蛋白结合。
负荷分子30既可以是人工合成的分子，也可以是源自生物的分子。在图1的示例中，将两种负荷分子30A、30B装载于微管20，再在各自对应的卸载区域40A、40B中卸载。另外，如下文所述，各负荷分子30A、30B上分别结合有碱基序列不同的长ssDNA31A、ssDNA31B中的相应一种。
结合有第一ssDNA31的负荷分子30例如通过从外部进行注入或滴加等被置于流路10内的装载区域50中。图1中虽仅示出一处的装载区域50，但也可以是多处。结合了短第一ssDNA21的微管20在结合了第二长ssDNA31的负荷分子30的附近滑动时，第一ssDNA21与第二ssDNA31之间发生双链反应(杂交反应)，负荷分子30被装载在微管20上(并由该微管20所牵引)。
图2表示装载于微管20的负荷分子30A的一个例子。结合于微管20的12碱基的ssDNA21中的12个碱基与结合于负荷分子30A的32碱基的ssDNA31A中的12个碱基形成双链，由此使得负荷分子30A装载至微管20，并被牵引。对结合于微管20的第一ssDNA21的碱基序列、以及与之形成互补链且结合于负荷分子30A的第二ssDNA31A的一部分(例如3’末端的12个碱基)碱基序列进行设计，使得二者之间的腺嘌呤(A)与胸腺嘧啶(T)配对，鸟嘌呤(G)与胞嘧啶(C)配对，从而形成互补链对而相组合；该第一ssDNA21和第二ssDNA31A之间发生的双链形成反应(杂交反应)是基于为形成更加稳定的双链的能量状态转变的自然生化反应，无需从外部进行控制。
有必要使微管20的滑动速度低于该双链形成反应的速度，这可以通过相应地调节结合于微管20的第一ssDNA21的链数、链长、以及水溶液中的ATP浓度来进行。
结合于负荷分子30A的第二ssDNA31A的长度L2，比结合于微管20的第一ssDNA21的长度L1更长(L1＜L2)。并且在第二ssDNA31A中，相对于参与形成互补链部分的链长L1，优选未参与形成与第一ssDNA21的互补链的部分的链长L3更长(L1＜L3)。如下文所述，这是为了在卸载区域40A更容易过渡为与第三ssDNA41A的双链形成反应。
回到图1，装载了负荷分子30A的微管20沿着进行了图案化的流路10在趋动蛋白11上滑动，将负荷分子30A运送至目的地。在作为目的地的卸载区域40A的流路上以生化方式结合有第三ssDNA41A，该第三ssDNA41A与结合在负荷分子30A上的第二ssDNA31A完全互补，从而可与之而形成双链，并且与第二ssDNA31A的链长相同。本实施例中，第三ssDNA41A的链长为32个碱基。
为了将第三ssDNA41A结合并固定在流路10上，可以采用DNA芯片技术，该DNA芯片中，将大量DNA片段高密度地整列配置为阵列形状。装载了负荷分子30A的微管20在结合有第三ssDNA41A的目的地(卸载区域40A)的附近滑动时，结合在负荷分子30A的第二ssDNA31A中未形成双链而保留单链形式的20个碱基(5’末端的20个碱基)与结合在卸载区域40A的第三ssDNA41A之间发生双链形成反应，以该反应为诱因，第二ssDNA31A的3’末端的12个碱基与结合在微管20的第一ssDNA21之间的双链解开，转而与结合于目的地(卸载区域)40A的第三ssDNA41A形成双链。其结果是负荷分子30A从微管20上被卸载下来。
上述的卸载动作(链交换)是通过下述的生化力与物理力的组合而实现的，所述生化力为促使从包含具有单链部分的不稳定能量状态的牵引状态转移至完全形成双链的最稳定能量状态的卸载状态的生化力，所述物理力为趋动蛋白使微管滑动的物理力。
图3表示在卸载区域40A从微管20卸载的负荷分子30A。结合于卸载区域40A的32个碱基的第三ssDNA41A与结合于负荷分子30A的32个碱基的第二ssDNA31A完全形成双链，这意味着负荷分子30A完全从微管20上卸载下来。卸载了负荷分子30A的微管20能够继续保持滑动，在流路10中循环，在装载区域50搭载新的负荷分子。
并且，如图1所示，在传递通道10中，作为目的地的卸载区域可以有多处。此时，有不同碱基序列的第三ssDNA固定在流路10的不同的卸载区域上。
图4表示用于将不同种类的负荷分子30B装载于微管20并在不同的卸载区域40B处进行卸载的不同类型的第二ssDNA31B和第三ssDNA41B的例子。结合于负荷分子30B的第二ssDNA31B具有与结合于负荷分子30A的第二ssDNA31A不同的碱基序列。由此，该第二ssDNA31B不会成为结合于卸载区域40A的第三ssDNA41A的互补链，不能与该第三ssDNA41A形成双链。基于此，在微管20通过卸载区域40A时不进行负荷分子30B的卸载。另一方面，结合于负荷分子30B的第二ssDNA31B成为结合于卸载区域40B的第三ssDNA41B的互补链，二者能够形成双链，在卸载区域40B处进行负荷分子30B的卸载。如此能够将多种不同类型的负荷分子准确地分送至各自对应的目的地，并从载体分子上卸载下来。
在图4的例子中，尽管使用结合了短ssDNA21的一种微管20运送不同类型的负荷分子30A和30B，但也可以使用结合有不同碱基序列的不同的第一ssDNA21A和第一ssDNA21B的两种微管20A和20B在卸载区域50分开负荷分子。
变形例
图5表示结合于微管20的牵引用核苷酸链21的变形例。在上述实施例中示出了将单链的ssDNA21结合于微管的例子，但与微管20结合的一侧也可以结合成为双链的DNA。在图5的例子中，与微管20结合的一侧的12个碱基形成双链(基部双链21a)，端部一侧的12个碱基成为单链(端部单链21b)。端部的单链21b与结合于负荷分子30的ssDNA31进行双链的形成和解链，由此进行负荷分子30的卸载。通过采用这样的构成，调节微管20结合侧的双链碱基对的数目，可以任意调整微管20本体与端部ssDNA21b之间的距离，该端部ssDNA21b用于与负荷分子30的ssDNA31形成双链。
也就是说，结合于负荷分子30的ssDNA与结合于微管20的ssDNA为了相互反应形成双链而需要在一定程度上相互接近，但考虑到卸载，必须将结合于微管20的ssDNA21的长度设计得比与结合于负荷分子30的ssDNA31的长度更短。然而，若负荷分子30与微管20本体过度接近，负荷分子30与微管20双方的动作则被限制，可能会妨碍到其在作为动力蛋白质的趋动蛋白11上的滑动。
于是，通过使微管20的结合侧成为稳定的基部双链21a，使在与负荷分子30的连结(杂交)中发挥作用的端部一侧的单链21b具有适当的长度，就能够使微管20与负荷分子30之间维持适当的距离。而且，通过适当控制微管20端部的单链21b的链长，就无需将负荷分子30一侧的ssDNA31不必要地延长。由于ssDNA原本就不稳定，因此结合过长的ssDNA并不理想。
另外，正如人们所知，根据DNA的碱基序列的长度及鸟嘌呤(G)和胞嘧啶(C)在碱基序列中所含比例的不同，DNA发生双链解链反应的温度、即双链受热变性成为单链的温度Tm(解链温度，melting temperature)也不同。在图5中，构成端部单链21b的12个碱基中，GC的总数目为2，所以GC含量为17％。此时的解链温度(Tm)约为26℃。
这样，若流路10内的溶液温度为比26℃略低的25℃左右的话，不仅可以将负荷分子30稳定地牵引至卸载区域40，与此同时，在卸载区域40处，结合于负荷分子30的ssDNA31的5’末端一侧的20个碱基与用于卸载的第三ssDNA41形成双链，以该双链的形成为触发点，负荷分子30的ssDNA31的3’末端一侧的12个碱基与微管20端部一侧的单链21b之间的双链也可以容易地解开。
实际上，优选对碱基序列进行设计以使得结合于微管20的短ssDNA21(或是端部单链21b)的Tm值接近室温(25℃左右)。若该温度过高，趋动蛋白等蛋白质会变性；而过低时，微管会发生分解(解聚)。
相反地，不希望使形成的双链解开时，设计碱基序列以使Tm值增大。由于图5中结合于微管20的基部双链21a是不参与负荷分子的装载和卸载的部分，因而进行设计使得12个碱基中的GC含量设为75％，即Tm为50℃左右。也就是说，只要流路10内的溶液温度不超过50℃，基部双链21a就不会解链。
像这样对结合于微管20的DNA的基部双链21a和端部单链21b的碱基序列进行适当设计，就能够准确地进行负荷分子30的装载、牵引和卸载。
另外，具有图5那样的基部双链和端部单链的链结构，并不仅限于用作与作为载体分子的微管20相结合的牵引用核苷酸链，也可以用作与负荷分子相结合的装载用核苷酸链31、或是与卸载区域40相结合的卸载用核苷酸链41。即，结合于载体分子20、负荷分子30和卸载区域40的核苷酸链中，至少一个可以具有上述的双链基部和单链端部(粘性末端)的结构。
在上述实施例中，以利用微管20作载体分子、用趋动蛋白11作动力蛋白质、用ssDNA21、31、41作单链核苷酸的情况为例进行了说明，但本发明并没有限于所述实施例，而是可以进行很多的修改和替换，例如采用如下的形式也可以取得同样的效果。
例如，利用微管作载体分子时，也可以利用动力蛋白(动素，dynein)作动力蛋白质。利用肌动蛋白纤丝作载体分子时，可以利用肌球蛋白(myosin)作动力蛋白质，借助结合于肌动蛋白纤丝正端的凝溶胶蛋白(gelsolin)将ssDNA结合于肌动蛋白纤丝。另外，结合于载体分子20、负荷分子30和作为目的地的卸载区域40上的单链核苷酸可以全部为单链核糖核酸(ssRNA)，也可以部分为单链核糖核酸(ssRNA)。
产业上的可利用性
本发明可以应用于以负荷分子作信息传达载体的分子通信系统，即，在装载负荷分子的送信端预先在负荷分子上将要传送的信息进行符号化，然后在卸载负荷分子的受信端将符号化的信息还原。这种情况下，例如将信息符号化时，将合成DNA和天然DNA组合连接起来，生成具有与要传送的信息内容相对应的碱基序列的单链或双链DNA，或是生成具有与要传送的信息相对应的结构(发夹结构或凸起结构等)的单链或双链DNA。在后者的情况下，可以考虑将“0”的数字信息描绘为发夹结构、将“1”的数字信息描绘为凸起结构。除了将人工的模拟/数字信息进行符号化外，还可以将DNA本身携带的生命信息或是疾病细胞的治疗基因等用作所要传输的信息。
另外，可以在例如化学集成电路(IC)芯片上的泵、电子管、传感器、反应器等的各种功能组件上进行负荷分子的卸载，由此将其用于以负荷分子作试剂或样品的微型芯片形式的生化分析/合成系统。此时，可以通过将固定有动力蛋白质的流路印刷成希望的形状来设计线路。

Claims (16)

1、一种分子传递/分子递送系统，该分子传递/分子递送系统包括：
利用核苷酸的双链形成能力将负荷分子装载于载体分子上的装载区域；和
在目的地利用所述核苷酸的双链形成能力和解链作用将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来的卸载区域。
2、如权利要求1所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
所述载体分子上结合有包含第一核苷酸单链的牵引用核苷酸链，该第一核苷酸单链具有第一链长；
所述负荷分子上结合有具有第二链长的第二核苷酸单链，该第二链长比第一链长更长；
在所述装载区域，所述第一核苷酸单链与一部分的第二核苷酸单链形成双链，由此将所述负荷分子装载于所述载体分子上。
3、如权利要求1所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
该分子传递/分子递送系统还含有表面固定有动力蛋白质的传递通道，所述载体分子沿着所述传递通道移动。
4、如权利要求2所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
在所述卸载区域中固定有与所述第二核苷酸单链的链长相同的第三核苷酸单链。
5、如权利要求4所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
在所述卸载区域中，所述第二核苷酸单链中未与所述第一核苷酸单链形成双链的核苷酸单链部分与所述第三核苷酸单链之间形成双链，以该双链的形成为触发点，将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
6、如权利要求1所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
使结合于所述载体分子的第一核苷酸单链与结合于所述负荷分子且比第一核苷酸单链更长的第二核苷酸单链形成第一双链，由此将所述负荷分子装载在所述载体分子上；并且
在所述目的地，使结合于该目的地且与所述第二核苷酸单链的链长相同的第三核苷酸单链与所述第二核苷酸单链之间形成第二双链，利用该第二双链的形成以及以该第二双链的形成为触发点的所述第一双链的解链作用，将负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
7、如权利要求1所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
结合于所述载体分子、负荷分子、以及卸载区域的核苷酸链中的至少一个具有双链基部和单链端部；并且
所述双链基部的解链温度比利用所述单链端部形成的双链的解链温度高。
8、如权利要求1所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
所述载体分子为微管或肌动蛋白纤丝。
9、如权利要求8所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
所述分子传递/分子递送系统还含有表面固定有动力蛋白质的传递通道，当所述载体分子为微管时，所述动力蛋白质为趋动蛋白或动力蛋白。
10、如权利要求8所述的分子传递/分子递送系统，其特征在于，
所述分子传递/分子递送系统还含有表面固定有动力蛋白质的传递通道，当所述载体分子为肌动蛋白纤丝时，所述动力蛋白质为肌球蛋白。
11、一种分子传递/分子递送方法，该分子传递/分子递送方法包括如下步骤：
利用核苷酸的双链形成能力将负荷分子装载在载体分子上；
在目的地利用所述核苷酸的双链形成能力与解链作用将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
12、如权利要求11所述的分子传递/分子递送方法，该分子传递/分子递送方法还包括如下步骤：
使包含第一核苷酸单链的牵引用核苷酸链与所述载体分子结合，所述第一核苷酸单链具有第一链长；
使载体分子在固定于传递通道的动力蛋白质上进行滑动；
将结合有所述第二核苷酸单链的所述负荷分子导入所述传递通道，所述第二核苷酸单链具有比所述第一链长更长的第二链长；
利用所述第一核苷酸单链与第二核苷酸单链之间的双链形成能力将负荷分子装载在所述载体分子上；
沿着所述传递通道将所述负荷分子递送至目的地。
13、如权利要求12所述的分子传递/分子递送方法，该分子传递/分子递送方法还包括如下步骤：
预先将与所述第二核苷酸单链具有相同链长的第三核苷酸单链固定于所述目的地。
14、如权利要求13所述的分子传递/分子递送方法，该分子传递/分子递送方法还包括如下步骤：
在所述目的地，所述第二核苷酸单链中未与所述第一核苷酸单链形成双链的核苷酸单链部分与所述第三核苷酸单链之间形成双链，以该双链的形成为触发点，将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
15、如权利要求11所述的分子传递/分子递送方法，该分子传递/分子递送方法还包括如下步骤：
使结合于所述载体分子、负荷分子以及目的地的核苷酸链中的至少一个具有双链基部和单链端部，并且
对所述核苷酸链的碱基序列进行设计，使得所述双链基部的解链温度比利用所述单链端部形成的双链的解链温度高。
16、如权利要求11所述的分子传递/分子递送方法，其特征在于，
使结合于所述载体分子的第一核苷酸单链与结合于所述负荷分子且比所述第一核苷酸单链更长的第二核苷酸单链形成第一双链，由此将所述负荷分子装载在所述载体分子上；
在所述目的地，使结合于该目的地且与所述第二核苷酸单链的链长相同的第三核苷酸单链与所述第二核苷酸单链之间形成第二双链，利用该第二双链的形成以及以该第二双链的形成为触发点的所述第一双链的解链作用，将所述负荷分子从所述载体分子上卸载下来。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102897707A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 国家纳米科学中心 一种控制微管运动方向的流体装置及其制备方法和用途
CN104020298A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 中国科学院化学研究所 自供能量的微管-驱动蛋白运输体系及其制备方法
CN104016299A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 中国科学院化学研究所 一种微纳米管及其制备方法与应用
CN104152433A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 中国科学院化学研究所 一种葡萄糖响应的微管-驱动蛋白运输体系及其制备方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5197926B2 (ja) * 2006-04-28 2013-05-15 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ 分子通信システムおよび分子通信方法
JP5080103B2 (ja) * 2007-02-27 2012-11-21 株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ ヌクレオチド修飾微小管の合成方法および保存方法
JP6216251B2 (ja) * 2011-11-29 2017-10-18 太陽誘電株式会社 モーター蛋白デバイス
WO2013102081A2 (en) * 2011-12-29 2013-07-04 Ibis Biosciences, Inc. Macromolecule delivery to nanowells
JP6422075B2 (ja) * 2014-09-24 2018-11-14 太陽誘電株式会社 組成物及び組成物を利用したモーター蛋白デバイス
JP7307953B2 (ja) * 2018-01-17 2023-07-13 国立大学法人京都大学 繊維の集合体及びその使用
JP7126687B2 (ja) * 2018-06-05 2022-08-29 学校法人 関西大学 微小管含有集合体形成方法および微小管含有集合体形成キット

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030235854A1 (en) * 2002-05-09 2003-12-25 Chan Eugene Y. Methods for analyzing a nucleic acid
WO2004096831A2 (en) * 2003-04-30 2004-11-11 MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Method of producing three-dimensional structures using motor proteins
DE10338657A1 (de) * 2003-08-18 2005-03-24 Eberhard Prof. Unger Vorrichtung zum Sortieren von Makromolekülen und Nanopartikeln mittels optischer Pinzette für analytische, synthetische und diagnostische Zwecke
WO2005080603A2 (en) * 2003-12-17 2005-09-01 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Acting On Behalf Of Arizona State University Single molecule detection using molecular motors

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102897707A (zh) * 2011-07-27 2013-01-30 国家纳米科学中心 一种控制微管运动方向的流体装置及其制备方法和用途
CN102897707B (zh) * 2011-07-27 2015-07-22 国家纳米科学中心 一种控制微管运动方向的流体装置及其制备方法和用途
CN104020298A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 中国科学院化学研究所 自供能量的微管-驱动蛋白运输体系及其制备方法
CN104016299A (zh) * 2014-06-12 2014-09-03 中国科学院化学研究所 一种微纳米管及其制备方法与应用
CN104016299B (zh) * 2014-06-12 2016-03-23 中国科学院化学研究所 一种微纳米管及其制备方法与应用
CN104152433A (zh) * 2014-08-01 2014-11-19 中国科学院化学研究所 一种葡萄糖响应的微管-驱动蛋白运输体系及其制备方法
CN104152433B (zh) * 2014-08-01 2016-06-08 中国科学院化学研究所 一种葡萄糖响应的微管-驱动蛋白运输体系及其制备方法

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