Programmable CRISPR-responsive smart materials

清脆的 核酸酶 自愈水凝胶 DNA 纳米技术 基因组编辑 化学 计算生物学 计算机科学 材料科学 基因 生物 生物化学 有机化学
作者
Max A. English,Luis R. Soenksen,Raphaël V. Gayet,Helena de Puig,Nicolaas M. Angenent-Mari,Angelo S. Mao,Peter Q. Nguyen,James J. Collins
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:365 (6455): 780-785 被引量:292
标识
DOI:10.1126/science.aaw5122
摘要

Stimuli-responsive materials activated by biological signals play an increasingly important role in biotechnology applications. We exploit the programmability of CRISPR-associated nucleases to actuate hydrogels containing DNA as a structural element or as an anchor for pendant groups. After activation by guide RNA-defined inputs, Cas12a cleaves DNA in the gels, thereby converting biological information into changes in material properties. We report four applications: (i) branched poly(ethylene glycol) hydrogels releasing DNA-anchored compounds, (ii) degradable polyacrylamide-DNA hydrogels encapsulating nanoparticles and live cells, (iii) conductive carbon-black-DNA hydrogels acting as degradable electrical fuses, and (iv) a polyacrylamide-DNA hydrogel operating as a fluidic valve with an electrical readout for remote signaling. These materials allow for a range of in vitro applications in tissue engineering, bioelectronics, and diagnostics.
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