Наноструктуры из ДНК прокладывают путь к функциональным средствам доставки лекарств

Новое исследование демонстрирует, что можно запрограммировать наноструктуры, состоящие из молекул ДНК, в качестве грузовых носителей, реагирующих на pH, открывая дверь функциональным транспортным средствам доставки лекарств.

Нанокапсула ДНК-реагирующей ДНК (синяя), загруженная ферментом (желтый цвет, высокий рН). (Фото предоставлено: Вейкко Линко, Боксуан Шен и Хейни Ияс / Университет Аалто)

Ученые из Университета Ювяскюля и Университета Аалто в Финляндии создали специализированную наноструктуру ДНК, которая может выполнять заранее заданную функцию в условиях, подобных человеческому организму. Для этой цели группа разработала капсулоподобный носитель, который закрывается и открывается в зависимости от уровня pH близлежащего раствора. Нанокапсула может быть загружена или заполнена различными грузами, закрыта для доставки и снова открыта при небольшом повышении pH.

Роль нанокапсулы ДНК зависит от рН-чувствительных остатков ДНК.

Чтобы достичь этого, группа разработала капсулоподобную структуру ДНК-оригами, функционализированную pH-чувствительными цепями ДНК. Обычно такие динамические нанодизайны ДНК управляются простой водородной связью двух последовательностей ДНК. В этом случае одна половина капсулы была прикреплена с помощью специфических доменов двухцепочечной ДНК, которые могли бы дополнительно создать тройную спираль ДНК – иными словами, спиральную структуру, состоящую из трех, а не двух молекул ДНК, путем связывания с соответствующей одноцепочечная ДНК в другой половине.

Образование триплекса может происходить только при правильном pH раствора. Мы называем эти чувствительные к pH нити «pH-защелками», потому что, когда нити взаимодействуют, они функционируют аналогично своим макроскопическим аналогам и блокируют капсулу в закрытом состоянии. Мы включили несколько мотивов в нашу конструкцию капсулы, чтобы облегчить открытие / закрытие капсулы на основе кооперативного поведения защелок. Открытие капсулы на самом деле очень быстрое и требует лишь небольшого увеличения pH в растворе .

Хейни Ияс, Докторант и первый автор исследования, Университет Аалто

Наночастицы и ферменты могут быть загружены и заключены в капсулы

Чтобы использовать нанокапсулы для транспортировки молекулярных полезных нагрузок или терапевтических веществ, группа разработала капсулу с полостью, в которой могли бы размещаться различные материалы. Они показали, что как наночастицы золота, так и ферменты могут быть загружены (высокий pH) и помещены в капсулы (низкий pH), а затем снова представлены (высокий pH). Отслеживая активность фермента, ученые определили, что груз оставался полностью работоспособным на протяжении всего процесса.

Наиболее интригующей особенностью капсул ДНК-оригами является то, что пороговое значение pH, при котором происходит открытие и закрытие, полностью регулируется путем выбора последовательностей оснований защелок pH. Мы разработали порог pH 7,2-7,3, близкий к pH крови. В будущем этот тип лекарственного носителя может быть оптимизирован для селективного открытия внутри специфических раковых клеток, которые могут поддерживать более высокий рН, чем нормальные здоровые клетки .

Вейкко Линько, адъюнкт-профессор, Университет Аалто

Кроме того, капсулы оставались работоспособными при физиологических концентрациях магния и натрия и в 10% плазме крови и могут оставаться работоспособными даже при более высоких концентрациях в плазме. В целом, эти результаты помогают открыть двери для создания умных и полностью программируемых средств доставки лекарств для наномедицины.

Исследование проводилось в лаборатории профессора Маури Костиайнена под руководством Вейкко Линько, оба из Университета Аалто.

Source link