김해주 (국립부경대학교, 현 부산대학교) | 한빛사논문 > 한빛사

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국립부경대학교, 현 부산대학교

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ACS Nano, Feb 19 2026, | https://doi.org/10.1021/acsnano.5c16539 Receptor-Free Cellular Internalization of DNA Micelles Driven by Membrane Interaction

Haejoo Kim^{1 2 †}, Jinmin Lee^{2 †}, Eunryul Jeon ¹, Yeol Kyo Choi ³, Kyubin Lee ², Nuri Oh ⁴, Young K Cheun ⁵, A Reum Je ⁶, Hyeongseop Jeong ⁶, Myeong Seon Jeong ⁶, Hyungju Ahn ⁷, Songyi Lee ¹, Wonpil Im ³, Yang Hoon Huh ^{6 *}, Sang Hak Lee ^{2 *}, Minseok Kwak ^{1 *}

¹Department of Chemistry and Industry 4.0 Convergence Bionics Engineering, Pukyong National University, Busan 48513, Republic of Korea.
²Department of Chemistry and Institute for Future Earth, Pusan National University, Busan 46241, Republic of Korea.
³Department of Biological Sciences, Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania 18015, United States.
⁴Department of Chemistry and Biology, Korea Science Academy of KAIST, Busan 47162, Republic of Korea.
⁵Seegene, Inc., Seoul 05552, Republic of Korea.
⁶Center for Electron Microscopy Research, Korea Basic Science Institute, Cheongju 28119, Republic of Korea.
⁷Pohang Accelerator Laboratory (PAL), POSTECH, Gyeongbuk 37673, Republic of Korea.

^†These authors contributed equally

^*Corresponding authors: correspondence to Yang Hoon Huh, Sang Hak Lee or Minseok Kwak

Abstract

Cellular uptake of nanoparticles is essential for significant therapeutic effects at the target site in drug-delivery applications. Various endocytosis pathways have been reported; however, the internalization of nanoparticles depends on their physical and chemical properties. We previously developed nucleic acid-based micelles (DNA micelles) as a drug-delivery system and observed that the presence of lipid moieties in amphiphilic lipid-modified DNAs plays a crucial role in cellular uptake. In this study, we investigate the cellular internalization of DNA micelles and evaluate the role of membrane interactions in this process. Our results suggest that the internalization of DNA micelles is primarily driven by direct interaction with the cell membrane rather than binding to receptors on the cell membrane. Using both artificial membrane models and live cells, we observed that DNA micelles are inserted into the membrane and internalized through the formation of intracellular vesicles. Comparative studies with pristine DNA further revealed that lipid-modified nucleic acids are critical for the cellular uptake of DNA micelles. Overall, these findings provide insight into receptor-independent internalization in which nanoparticles enter cells through direct interactions with the membrane.

논문소개전체 설명

핵산 기반 나노구조체는 약물 및 유전자 전달체로 활용해왔으나, 세포 내부로 전달되는 메커니즘은 충분히 규명되지 않았다. 본 연구에서는 지질 작용기가 도입된 핵산 (지질-DNA)가 자가조립하여 형성된 구형의 DNA 마이셀의 세포 내부 전달 메커니즘을 규명하기 위해 다각적 분석을 수행하였다. DNA 마이셀의 구조적 특성과 세포막 상호작용을 분자동역학 시뮬레이션과 인공지질막 모델을 통해 분석한 결과, 지질-DNA는 지질 이중층과의 직접적인 상호작용에 의해 세포막 내부로 삽입되고, 이로 인해 세포막의 곡률이 형성되는 것을 확인하였다. 이러한 막의 곡률 형성은 세포막의 함입을 유도하여 엔도좀 구조를 형성하고, 이를 통해 DNA 마이셀이 세포 내부로 전달되는 것으로 나타났다. 이러한 전달 과정은 살아있는 세포에서도 형광 및 전자현미경 분석을 통해 확인되었으며, 특히 다양한 endocytosis 경로를 억제한 조건에서도 DNA 마이셀의 세포 내 유입이 유지되는 것이 관찰되었다. 이를 통해 DNA 마이셀은 특정 수용체에 의존하지 않고 세포막과의 직접적인 상호작용에 의해 세포 내부로 전달되는 핵산 기반 전달 플랫폼임을 입증하였다. 이 연구는 부경대 곽민석 교수, 부산대 이상학 교수, 한국기초과학지원연구원(KBSI) 허양훈 박사 팀의 협업으로 이루어 졌다. 특히 1저자인 김해주 박사(부산대학교 램프 사업단)는 교육부 램프 사업의 지원을 받아 연구를 수행하였으며, 특히 KBSI의 Bio-HVEM, Cryo-EM 등 대형 연구 장비 공동 활용 기반 중개 연구 지원을 통해서 연구가 수행되었다.

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