第一部分 引言：RNA纳米技术的原理和基础 3
第1章 崛起中的RNA纳米技术 3
1.1 引言 3
1.2 RNA独特的体内属性 5
1.3 构建RNA纳米颗粒的技术 7
1.4 RNA纳米技术的应用 12
1.5 挑战和展望 14
致谢 15
附加信息 15
参考文献 15
第2章 RNA纳米技术应用于医疗中的独特性、优势、挑战、解决方案和前景 21
2.1 引言 22
2.2 RNA纳米技术的发展史 22
2.3 RNA纳米技术的独特性 27
2.4 治疗用RNA纳米颗粒的构建技术 28
2.5 治疗应用中基于RNA的纳米颗粒的构建 32
2.6 RNA纳米技术的体内应用优势 36
2.7 RNA纳米技术的挑战、解决方案和前景 37
2.8 结论 43
致谢 44
作者公开声明 44
参考文献 44
第二部分 RNA折叠、结构和基序在RNA纳米颗粒组装中的作用 55
第3章 RNA的扭结转角结构基序 55
3.1 k－转角基序 55
3.2 k－转角的出现概率 56
3.3 k－转角的结构 56
3.4 k－转角的离子诱导折叠 59
3.5 k－转角的蛋白质结合和稳定性 59
3.6 通过第三位相互作用维持k－转角的稳定性 61
3.7 非典型性k－转角结构 63
3.8 k－转角复合体结构 64
3.9 k－转角在RNA结构和折叠及RNA－蛋白质聚合生物起源中的作用 64
致谢 65
参考文献 65
第4章 RNA纳米技术：借鉴于具有生物学活性的RNA纳米机器 68
4.1 引言 69
4.2 章节组成 70
4.3 分子机器操作的物理限制 70
4.4 核糖体：RNA酶和分子机器 72
4.5 蛋白质合成中对核糖体的性能要求 77
4.6 核糖体达到性能要求的方式途径——示例 79
4.7 分析RNA三维结构概念上的工具 89
4.8 RNA基序和核糖体功能 91
4.9 生物信息学的挑战 93
4.10 结论与展望 94
致谢 95
参考文献 95
第5章 GNRA环及其受体基序的RNA三维结构的自然选择和结构多态性 100
5.1 引言 100
5.2 在大RNA序列环境下操作“典型”GNRA－受体相互作用的必要条件 101
5.3 作为调节RNA接口因素的GNRA－受体相互作用 103
5.4 “非典型”识别模式在RNA模块化组装的受体基序扩展结构的多样性 105
5.5 结论 109
致谢 109
参考文献 109
第6章 作为构建多功能RNA纳米颗粒支架的RNA接口基序 111
6.1 引言 111
6.2 3WJ基序 113
6.3 4WJ基序 119
6.4 未来的前景和展望 121
致谢 123
参考文献 123
第三部分 RNA计算和结构预测在RNA纳米颗粒构建中的应用 129
第7章 RNA纳米结构设计中的动力学作用 129
7.1 引言 129
7.2 RNA纳米结构的设计计算 130
7.3 建模工具 131
7.4 纳米结构的闭合问题 132
7.5 RNA纳米结构闭合的分子动力学和表征 134
7.6 动态环状纳米结构闭合的参数导向搜索 135
7.7 产生环状纳米结构闭合动态状态的组合搜索 135
7.8 动力学状态和形变控制相结合进行环状纳米结构闭合的搜索 136
7.9 在RNA纳米结构闭合和表征中使用弹性网状建模方法 137
7.10 各向异性网状模型用于解决环形纳米结构的闭合问题 138
7.11 通过各向异性网状模型预测纳米立方体动态大小的改变 138
7.12 总结 140
致谢 141
参考文献 141
第8章 利用实验约束条件确定RNA三维结构 146
8.1 引言 146
8.2 利用离散分子动力学进行粗粒度RNA建模 148
8.3 如何评估RNA的3D结构模型 149
8.4 利用各样类型的结构信息确定RNA结构 150
8.5 结论 157
致谢 157
参考文献 157
第四部分 纳米颗粒合成、偶联和标记的RNA化学 163
第9章 RNA纳米颗粒标记、连接及合成的核苷酸化学 163
9.1 引言 163
9.2 可用于RNA纳米技术和治疗的化学修饰法及偶联基团 165
9.3 通过化学合成向RNA中引入修饰 167
9.4 通过化学和酶学结合策略引入连接和标签 172
9.5 总结和结论 173
致谢 173
参考文献 174
第10章 RNA纳米技术中RNA的共价结合和连接 178
10.1 引言：RNA修饰 178
10.2 修饰RNA的固相合成 178
10.3 合成后RNA的标记和共价结合 180
10.4 酶促嵌入标记与活性标签 182
10.5 化学连接 184
10.6 酶促连接 186
10.7 结论 186
致谢 187
参考文献 187
第11章 应用于结构、功能和治疗研究的RNA原子特定修饰 192
11.1 引言 192
11.2 硫族元素的原子特定修饰（硫、硒和碲） 194
11.3 卤素原子特异性修饰（氟、氯、溴、碘） 198
11.4 碳、氮和硼原子的特异性修饰（甲基、氨基和硼烷基） 201
11.5 展望 204
致谢 205
参考文献 205
第五部分 单分子和生物物理技术在RNA纳米结构分析中的应用 215
第12章 RNA的原子力显微镜：成像和其他功能 215
12.1 原子力显微镜 215
12.2 用于核酸AFM研究的基底和修饰 218
12.3 分支DNA和RNA分子的AFM成像 222
12.4 成像之外的功能：用AFM去折叠、解离和探测单个RNA分子 229
12.5 结论 231
致谢 231
参考文献 232
第13章 RNA纳米颗粒的单分子研究技术 237
13.1 引言 237
13.2 单分子荧光显微成像技术 238
13.3 利用单分子成像技术进行化学计量 239
13.4 利用单分子成像技术确定分子内和分子间的距离 240
13.5 纳米机器和纳米颗粒的单分子运动研究 242
13.6 在单分子水平上追踪非编码RNA的折叠 245
13.7 mRNA翻译时的单分子成像技术 247
13.8 通过光镊技术对RNA分子进行单分子操纵 248
13.9 通过纳米孔传感技术对RNA进行单分子研究 249
13.10 展望 249
致谢 250
参考文献 250
第六部分 RNA纳米颗粒的组装方略 259
第14章 RNA纳米颗粒制备方法：以噬菌体phi29包装RNA的结构特点为基础 259
14.1 RNA纳米技术 259
14.2 RNA纳米颗粒制备原理和工具 260
14.3 以pRNA为基础的RNA纳米颗粒装配 262
14.4 结束语 268
致谢 269
参考文献 269
第15章 RNA－蛋白纳米结构的合成及其潜在应用 276
15.1 引言 276
15.2 RNP纳米技术：RNP复合体，一种新型纳米材料 277
15.3 三角形的合成型RNP：设计和构建原理 278
15.4 三角形RNP作为多功能媒介的可能应用 280
15.5 前景：纳米技术和合成生物学领域的扩展 281
致谢 282
参考文献 283
第16章 DNA纳米技术作为RNA纳米技术的参考 285
16.1 设计 287
16.2 结构DNA纳米技术 289
16.3 动态DNA纳米技术 304
16.4 生物学应用 310
16.5 RNA为基础的纳米结构 316
16.6 DNA纳米技术作为RNA纳米技术参考 319
致谢 319
参考文献 320
第七部分 RNA纳米颗粒在癌症治疗、病毒感染和遗传病中的应用 331
第17章 热力学稳定的RNA-3WJ用于构建具有药物传递系统作用的多功能纳米颗粒 331
17.1 引言 332
17.2 3WJ-pRNA的特性 333
17.3 多模块3WJ-pRNA体外和体内评估 337
17.4 3WJ-pRNA与其他3WJ基序比较 340
17.5 方法 345
致谢 350
作者贡献 350
附加信息 350
参考文献 351
第18章 设计和构建RNA纳米颗粒靶向给药治疗前列腺癌 354
18.1 引言 354
18.2 PSMA结合全长和截短适配体演化 355
18.3 PSMA适配体运输治疗性RNA分子 356
18.4 PSMA适配体运输毒性化合物 357
18.5 PSMA高分子纳米颗粒运输的组合疗法 358
18.6 PSMA适配体作为工具应用于癌症细胞成像和传感 358
18.7 含有PSMA适配体和siRNA的超稳定RNA纳米颗粒的构建 360
18.8 结论 360
致谢 361
参考文献 361
第19章 RNA适配体结合RNA纳米颗粒靶向给药 363
19.1 引言 363
19.2 RNA纳米颗粒结构 364
19.3 结合RNA适配体到RNA纳米颗粒的靶向药物传输 366
19.4 RNA适配体结合pRNA纳米颗粒的应用现状 369
19.5 结论与未来展望 369
致谢 370
参考文献 370
第20章 外膜囊和外膜囊泡用于治疗脑疾病 372
20.1 引言 372
20.2 外膜囊泡 373
20.3 大脑中的EMV 379
20.4 医学治疗应用 380
20.5 结论 382
致谢 382
参考文献 382
第21章 RNA纳米颗粒的药代动力学与药效学研究 390
21.1 引言 390
21.2 影响纳米颗粒药代动力学的因素 390
21.3 纳米颗粒在肿瘤中的药代动力学和生物分布 391
21.4 最新研究进展 392
21.5 结论 395
参考文献 395
第八部分 RNA纳米技术在诊断中的应用 399
第22章 RNA纳米技术在传感、检测和疾病诊断中的应用 399
22.1 引言 399
22.2 核酶 399
22.3 miRNA 400
22.4 RNA适配体 402
22.5 siRNA 403
22.6 pRNA纳米颗粒运输系统 403
参考文献 404
第23章 RNA适配体在病毒检测与治疗中的应用潜力 408
23.1 RNA适配体及其筛选方法，SELEX 408
23.2 RNA适配体在病毒检测与疾病诊断中的应用 410
23.3 RNA适配体在病毒感染性疾病治疗中的应用 412
23.4 讨论与结论 416
参考文献 418
第九部分 RNA适配体在RNA纳米技术和治疗中的应用 425
第24章 RNA适配体在纳米技术与治疗中的应用 425
24.1 引言 425
24.2 RNA适配体与分子配对技巧 426
24.3 适配体衍生的核酸构建体 428
24.4 以适配体为连接桥梁的纳米系统 432
24.5 适配体驱动的动力结构的前景展望 434
24.6 结论 436
致谢 437
参考文献 437
第25章 谷氨酸离子受体的适配体靶向亚单位或构象 442
25.1 引言 442
25.2 靶向设计 448
25.3 针对AMPA受体的RNA适配体的分离 449
25.4 讨论与展望 456
致谢 457
参考文献 457
第十部分 miRNA在RNA纳米技术和治疗中的应用 467
第26章 miRNA在RNA纳米技术与抗病毒治疗中的应用 467
26.1 引言 467
26.2 miRNA纳米技术策略 468
26.3 miRNA基础的抗病毒治疗 475
26.4 miRNA纳米技术前景展望 477
致谢 478
参考文献 478
第27章 MicroRNA:RNA纳米技术生物学及其作用 484
27.1 引言 484
27.2 miRNA的生物发生 484
27.3 miRNA作用机制 485
27.4 miRNA在疾病治疗中的作用 485
27.5 治疗miRNA的运送 487
致谢 488
参考文献 488
第十一部分 siRNA在RNA纳米技术和治疗中的应用 495
第28章 自组装RNAi纳米颗粒研究进展 495
28.1 引言 495
28.2 RNAi作用机制 496
28.3 经典siRNA疗法面临的挑战 496
28.4 RNA纳米颗粒 498
28.5 结论和展望 503
致谢 504
参考文献 504
第29章 siRNA纳米颗粒自组装 508
29.1 引言 508
29.2 siRNA自组装所需材料 509
29.3 siRNA纳米颗粒特征 512
29.4 讨论 516
29.5 展望 517
致谢 518
参考文献 518
中英文术语对照 524
索引 533