DNA foldes ind i en smart nanokapsel til levering af lægemidler

Forskere fra University of Jyväskylä og Aalto University i Finland har udviklet en tilpasset DNA-nanostruktur, der kan udføre en foruddefineret opgave under menneskelige kropslignende forhold. For at gøre det, teamet byggede en kapsellignende bærer, der åbner og lukker i henhold til pH-niveauet i den omgivende opløsning. Nanokapslen kan læsses - eller pakkes - med en række forskellige last, lukket for levering og åbnet igen gennem en subtil pH -stigning.

DNA-nanokapslens funktion er baseret på pH-responsive DNA-rester.

For at få dette til at ske, teamet designede en kapsellignende DNA origami-struktur funktionaliseret med pH-responsive DNA-tråde. Sådanne dynamiske DNA-nanodesign styres ofte ved den simple hydrogenbinding af to komplementære DNA-sekvenser. Her, den ene halvdel af kapslen var udstyret med specifikke dobbeltstrengede DNA-domæner, der yderligere kunne danne en DNA-tredobbelt helix-med andre ord en spiralformet struktur bestående af tre, ikke bare to DNA-molekyler-ved at binde sig til et egnet enkeltstrenget DNA i den anden halvdel.

"Triplexdannelsen kan kun ske, når opløsningens omgivende pH-værdi er korrekt. Vi kalder disse pH-reagerende strenges pH-låser, fordi når strengene interagerer, de fungerer på samme måde som deres makroskopiske modstykker og låser kapslen i en lukket tilstand. Vi inkluderede flere motiver i vores kapseldesign for at lette kapslens åbning/lukning baseret på kooperativ adfærd af låsene. Kapslens åbning er faktisk meget hurtig og kræver kun en lille pH -stigning i opløsningen, "forklarer første forfatter til undersøgelsen, doktorand Heini Ijäs fra Nanoscience Center ved University of Jyvaskyla ..

Nanopartikler og enzymer kunne læsses og indkapsles i kapslerne

At udnytte nanokapslerne til transport af molekylære nyttelaster eller terapeutiske stoffer, teamet designede kapslen med et hulrum, der kunne rumme forskellige materialer. De demonstrerede, at både guldnanopartikler og enzymer kunne indlæses (høj pH) og indkapsles i kapslerne (lav pH) og igen vises (høj pH). Ved at overvåge enzymaktiviteten, forskerne fandt ud af, at lasten forblev fuldt funktionsdygtig i løbet af processen.

"Det mest spændende ved DNA-origami-kapslerne er, at tærskel-pH, hvor åbningen og lukningen finder sted, er fuldt justerbar ved at vælge basesekvenserne for pH-låsene. Vi har designet tærskel-pH til 7,2-7,3, tæt på blodets pH. I fremtiden, denne type lægemiddelbærer kunne optimeres til selektivt at åbne inde i bestemte kræftceller, som kan opretholde en højere pH end normale sunde, "siger Veikko Linko, Adjungeret professor ved Aalto University.

Yderligere, kapslerne forblev funktionelle ved fysiologiske magnesium- og natriumkoncentrationer, og i 10 procent blodplasma, og kan fortsætte med at gøre det ved endnu højere plasmakoncentrationer. Sammen, disse fund hjælper med at bane vejen for udvikling af smarte og fuldt programmerbare køretøjer til levering af lægemidler til nanomedicin.