Et DNA-bur (til venstre), med lipidlignende molekyler (i blåt). Lipiderne samles i et "håndtryk" inde i buret (i midten) for at indkapsle små molekyler (lilla). Molekylerne frigives (til højre) som reaktion på tilstedeværelsen af en specifik nukleinsyre. Kredit:Thomas Edwardson, McGill University
Nanoskala "bure" lavet af DNA-strenge kan indkapsle små molekyle lægemidler og frigive dem som reaktion på en specifik stimulus, McGill University-forskere rapporterer i en ny undersøgelse.
Forskningen, offentliggjort online 1. september in Naturkemi , markerer et skridt i retning af brugen af biologiske nanostrukturer til at levere lægemidler til syge celler hos patienter. Resultaterne kan også åbne op for nye muligheder for at designe DNA-baserede nanomaterialer.
"Denne forskning er vigtig for medicinafgivelse, men også for grundlæggende strukturel biologi og nanoteknologi, " siger McGill kemiprofessor Hanadi Sleiman, der ledede forskerholdet.
DNA bærer den genetiske information om alle levende organismer fra en generation til den næste. Men tråde af materialet kan også bruges til at bygge strukturer i nanometerskala. (En nanometer er en milliardtedel af en meter – cirka en-100, 000. diameteren af et menneskehår.)
I deres eksperimenter, McGill-forskerne skabte først DNA-terninger ved hjælp af korte DNA-strenge, og modificerede dem med lipidlignende molekyler. Lipiderne kan virke som klæbrige pletter, der kommer sammen og indgår i et "håndtryk" inde i DNA-terningen, skabe en kerne, der kan indeholde last såsom lægemiddelmolekyler.
McGill-forskerne fandt også ud af, at når de klæbrige pletter blev placeret på en af de udvendige flader af DNA-terningerne, to terninger kunne sætte sig sammen. Denne nye samlingsmåde har ligheder med den måde, proteiner foldes ind i deres funktionelle strukturer, Sleiman bemærker. "Det åbner op for en række nye muligheder for at designe DNA-baserede nanomaterialer."
Sleimans laboratorium har tidligere vist, at guldnanopartikler kan indlæses og frigives fra DNA-nanorør, at give et foreløbigt bevis på, at lægemiddellevering kan være mulig. Men den nye undersøgelse markerer første gang, at små molekyler - som er betydeligt mindre end guldnanopartiklerne - er blevet manipuleret på en sådan måde ved hjælp af en DNA-nanostruktur, rapporterer forskerne.
DNA-nanostrukturer har flere potentielle fordele i forhold til de syntetiske materialer, der ofte bruges til at levere lægemidler i kroppen, siger Thomas Edwardson, en McGill ph.d.-studerende og medforfatter til det nye papir. "DNA-strukturer kan bygges med stor præcision, de er biologisk nedbrydelige og deres størrelse, form og egenskaber kan nemt justeres".
DNA-burene kan bringes til at frigive lægemidler i nærværelse af en specifik nukleinsyresekvens. "Mange syge celler, såsom kræftceller, overudtrykker visse gener, " tilføjer Edwardson. "I en fremtidig ansøgning, man kan forestille sig en DNA-terning, der transporterer lægemiddellast til det syge cellemiljø, som vil udløse frigivelsen af lægemidlet." Sleiman-gruppen udfører nu celle- og dyreforsøg for at vurdere levedygtigheden af denne metode på kronisk lymfatisk leukæmi (CLL) og prostatacancer, i samarbejde med forskere ved Lady Davis Institute for Medical Research på Montreal's Jewish General Hospital.
Sidste artikelGennembrud inden for sansning på nanoskala
Næste artikelPlast:Den nye energikilde