ДНК-нанотехнология – область исследований с использованием молекул ДНК в качестве строительного материала – быстро развивалась в последние годы и позволила создавать все более сложные наноструктуры.

Наноструктуры ДНК, такие как ДНК-оригами, служат отличной основой для приложений доставки лекарств на основе наноносителей, и уже были продемонстрированы примеры их использования в лечебных целях.

Хотя стабильность таких наноструктур ДНК в физиологических условиях можно улучшить, мало что известно об их переваривании эндонуклеазами, которые, обнаруженные повсюду в нашей крови и тканях, отвечают за разрушение чужеродной ДНК в наших телах.

Для решения этого возникающего вопроса группа исследователей из Университета Аалто (Финляндия), Университета Ювяскюля (Финляндия), Университета Людвига-Максимилиана Мюнхена (Германия) и Университета Падерборна (Германия) нашла способ изучить Управляемое эндонуклеазой расщепление наноструктур ДНК, нагруженных лекарствами, в реальном времени.

В предыдущих экспериментах исследователей использовалась высокоскоростная атомно-силовая микроскопия, чтобы показать, что дизайн ДНК-оригами играет роль в том, насколько быстро они распадаются в среде, богатой эндонуклеазами. Хотя они могли проследить процесс переваривания на уровне единой структуры, подход был ограничен двумерными формами ДНК-оригами, нанесенными на подложку микроскопа.

Теперь группа наблюдала за деградацией ДНК и последующим высвобождением противоракового препарата доксорубицина (Dox) из структур ДНК. Лекарственные связи между парами оснований ДНК.

«Мы наблюдали профили как переваривания, так и высвобождения лекарства, поскольку лекарство высвобождается при фрагментации ДНК нуклеазами и, что важно, в фазе раствора. С помощью этого метода мы действительно можем увидеть коллективное поведение всех наноструктур, когда они свободно плавают в жидкости », – говорит адъюнкт-профессор Вейкко Линко из Университета Аалто, руководивший исследованием

.

Кажется, что расщепление на субстратах и ​​в растворе происходит по-разному, и, объединив эти два типа информации, мы можем лучше понять, как наноструктуры перевариваются нуклеазами в кровотоке. Более того, мы показали, что профили высвобождения лекарств были тесно связаны с профилями переваривания, и широкий диапазон доз лекарств может быть достигнут просто путем изменения формы или геометрии наноструктуры ДНК ».

Хейни Ияс, главный автор исследования и докторант, Университет Аалто

По мере того, как команда детально исследовала связывание Dox со структурами ДНК, они обнаружили, что большинство предыдущих исследований сильно переоценили способность ДНК-оригами загружать Dox.

«Противораковые эффекты ДНК-наноструктур, оснащенных Dox, описаны во многих публикациях, но кажется, что эти эффекты могли быть в основном вызваны свободными или агрегированными молекулами Dox, а не мотивами ДНК, нагруженными лекарствами. «Мы считаем, что такая информация имеет решающее значение для разработки безопасных и более эффективных систем доставки лекарств и приближает нас на шаг ближе к реальным биомедицинским приложениям на основе ДНК», – говорит Ияс

.