DNA-byggesten baner vejen for forbedret lægemiddellevering

DNA er blevet brugt som en 'molekylær byggesten' til at konstruere syntetiske bio-inspirerede porer, som vil forbedre måden, hvorpå lægemidler afgives, og hjælpe med at fremme inden for syntetisk biologi, ifølge forskere fra UCL og Nanion Technologies.

Studiet, offentliggjort i dag i Natur nanoteknologi og finansieret af Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), Leverhulme Trust og UCL Chemistry, viser, hvordan DNA kan bruges til at bygge stabile og forudsigelige porer, der har en defineret form og ladning for at kontrollere, hvilke molekyler der kan passere gennem poren og hvornår.

Hovedforfatter, Dr. Stefan Howorka (UCL Chemistry), sagde:"Naturlige biologiske porer lavet af proteiner er essentielle for at transportere last ind og ud af biologiske celler, men de er svære at designe fra bunden. DNA tilbyder en helt ny strategi til at konstruere meget specifikke syntetiske porer, som vi kan åbne og lukke efter behov. Vi har konstrueret vores porer til at fungere som døre - døren låses kun op, når den er forsynet med den rigtige nøgle. Ved at bygge disse porer ind i medicinbærere, vi tror, ​​det vil give mulighed for meget mere præcis målretning af terapeutika."

Mange terapeutiske midler, herunder anti-cancer-lægemidler, kan transporteres rundt i kroppen i små bærere kaldet vesikler, som er målrettet mod forskellige væv ved hjælp af biologiske markører. Tidligere, frigivelse af lægemidler inde fra vesiklerne blev udløst med temperatur-inducerede utætte vesikelvægge eller med indsatte peptidkanaler, som er mindre stive og forudsigelige end DNA.

Brug af DNA-byggesten, holdet designede porer med forudbestemte strukturer og definerede egenskaber, som var præcist forankret i væggene - eller membranerne - af vesikler.

"Vores porer har form af en åben tønde lavet af seks DNA-stave. Vi designede en molekylær port til at lukke den ene indgang af, men derefter genåbne kanalen, når et specifikt molekyle binder. Ankre med høj membranaffinitet blev fastgjort for at binde vandet -opløselige porer i den olieagtige membran, " forklarede første forfatter, Dr. Jonathan Burns (UCL Chemistry).

Ved hjælp af elektrofysiologiske teknikker, forskerne bekræftede, at poren spændte lodret over membranens overflade og var stabil med en indre bredde på 2 nm, som er en passende størrelse for små lægemiddelmolekyler at passe igennem.

Portens låse- og udløsermekanisme blev derefter testet med elektrofysiologiske teknikker samt med fluoroforer, som har samme størrelse som små molekyler. Da DNA-poren havde en netto negativ ladning, fluoroforer med en netto negativ ladning bevægede sig igennem med mere lethed end dem med en netto positiv ladning, viser selektivitet, for hvilken last kunne komme ud. Fjernelse af låsen med en matchende nøgle øgede trafikken 140 gange sammenlignet med en forkert matchende nøgle.

Medforfatter Astrid Seifert, der arbejder sammen med Dr. Niels Fertig hos Nanion Technologies, sagde:"Vi var i stand til præcist at analysere ydeevnen af ​​hver af de porer, vi skabte. Vi indsatte først porer i membraner og testede derefter den biofysiske respons af hver kanal ved hjælp af avancerede mikrochips. Vi har ikke kun udviklet en ny måde at designe meget specifikke porer, men også en automatiseret metode til at teste deres egenskaber in situ, hvilket vil være vigtigt for at teste porer, der bruges til målrettet lægemiddellevering i fremtiden."

Forskerne planlægger at teste de syntetiske porer i en række scenarier, herunder frigivelse af anti-cancermedicin til celler og udvikling af porer, der frigiver farmaceutisk aktive biomolekyler.

Dr Howorka tilføjede, "Vores tilgang er et stort skridt fremad i at bygge og bruge syntetiske biologiske strukturer og lover en ny æra inden for poredesign og syntetisk biologi. Vi har demonstreret en så præcis kontrol over porernes adfærd, både med hensyn til selektivitet og med hensyn til reaktionsevne, at vi mener, at metoden baner vejen for en bred vifte af anvendelser fra lægemiddellevering til nanosensing."