Forskere opdager nye nøjagtigheder i kræftbekæmpelse, nano-medikamentlevering

En lovende opdagelse for avanceret cancerterapi afslører, at effektiviteten af ​​lægemiddellevering i DNA-nanostrukturer afhænger af deres former, siger forskere ved Missouri University of Science and Technology og University of Kansas i et videnskabeligt papir offentliggjort i dag.

"For første gang, et time-lapse levende celle billeddannelsessystem blev brugt til at observere absorption og kontrolleret frigivelse af lægemidlet doxorubicin (DOX) i levende brystkræftceller, " siger Dr. Risheng Wang, assisterende professor i kemi ved Missouri S&T.

Wang og hendes kolleger pakkede stoffet ind i tre forskellige DNA-"origami" - "de former, vi bevidst skaber ved at samle strenge af DNA-molekyler i målstrukturer, " hun siger.

Wang er den ledende efterforsker og forfatter til undersøgelsen, "Time-lapse levende celle billeddannelse for at overvåge doxorubicin frigivelse fra DNA origami nanostrukturer, "udgivet af Royal Society of Chemistry i marts 21, 2018, Journal of Materials Chemistry B, og vist på forsiden af ​​dette nummer.

"Former betyder noget, ", siger Wang. "Optimeringen af ​​formen og størrelsen af ​​selvsamlede DNA-nanostrukturer fyldt med anti-cancer-lægemidler kan give dem mulighed for at bære en større mængde af lægemidlerne, gør dem mere effektive."

Selvom DOX er en af ​​de mest effektive og udbredte cellegifte inden for kemoterapi, dets nuværende syntetiske leveringsmåder giver udfordringer, herunder lægemiddelresistens fra kræftceller, mangel på selektiv levering til de rigtige celler og uønskede bivirkninger, skriver forfatterne.

For at overkomme disse udfordringer, nye materialer, såsom selv-samlet DNA, undersøges for at forbedre DOX's levering og reducere bivirkninger.

"Vi har udviklet en ny kræftmedikamentleveringsbærer fra ikke-toksiske DNA-nanostrukturer, der forudsiger terapeutiske forbedringer, " siger Wang. "Disse selvsamlede DNA-nanostrukturer kunne tjene som en 'usynligheds kappe' til at snige lægemidler ind i kræftceller uden at blive opdaget og pumpet ud af celler, der allerede har skabt lægemiddelresistens. Sammenlignet med syntetiske materialer til medicinafgivelse, DNA nanostrukturer er bionedbrydelige og biokompatible, og deres størrelse, form og stivhed kan let manipuleres, som er de funktioner, nanobærere har brug for."

For at teste deres selvsamlede DNA-origami, forskerne brugte langsigtet enkeltcelle-billeddannelse, en avanceret teknik, der giver en dynamisk profil af molekylær interaktion. Over en 72-timers periode, de observerede effektiviteten af ​​lægemiddellevering i MDA-MB-231 levende brystkræftceller fra tre DNA-nanostrukturformer:et fleksibelt todimensionelt (2-D) kryds, et fleksibelt todimensionelt (2-D) rektangel og en stiv tredimensionel (3-D) trekant.

"Vores resultater viser tydeligt, at effektiviteten af ​​lægemiddellevering afhænger af formen af ​​DNA-nanostrukturer, " siger Wang. "Vi lærte, at den stive 3-D DNA origami-trekant transporterede mere DOX i brystkræftcellekernerne sammenlignet med de fleksible 2-D DNA-strukturer."

"Dette studie giver ikke kun vejledning til design af effektive DNA-baserede lægemiddelleveringsbærere, men kaster også lys over udviklingen af ​​sikker, multifunktionelle bioværktøjer til næste generation af diagnosticering og behandling af sygdom, " siger Wang. "Med den rette modifikation, dette system kan også være egnet til levering af ikke-lægemiddelsystemer, såsom bioprober til billeddannelse og små interfererende RNA (siRNA) molekyler til genterapi."