Forskere ser frigivelse af kræftlægemidler fra DNA-nanostrukturer i realtid

DNA-nanoteknologi - forskningsfeltet, der bruger DNA-molekyler som byggemateriale - har udviklet sig hurtigt i løbet af de seneste år og muliggjort konstruktionen af ​​stadig mere komplekse nanostrukturer. DNA nanostrukturer, såsom DNA origami, tjene som et fremragende grundlag for nanocarrier-baserede lægemiddelleveringsapplikationer, og eksempler på deres anvendelse i medicinske behandlinger er allerede blevet demonstreret. Selvom stabiliteten af ​​sådanne DNA-nanostrukturer under fysiologiske forhold kan forbedres, lidt er kendt om deres fordøjelse af endonukleaser, hvilken, findes overalt i vores blod og væv, er ansvarlige for at ødelægge fremmed DNA i vores kroppe.

For at løse dette spørgsmål, et team af forskere fra Aalto Universitet (Finland), Universitetet i Jyväskylä (Finland), Ludwig-Maximilian-Universität München (Tyskland) og Universität Paderborn (Tyskland) har fundet en måde at studere den endonuklease-drevne fordøjelse af lægemiddelfyldte DNA-nanostrukturer i realtid.

Forskernes tidligere eksperimenter brugte højhastigheds atomkraftmikroskopi til at vise, at designet af DNA-origami spiller en rolle for, hvor hurtigt de går i stykker i et endonukleaserigt miljø. Mens de kunne følge fordøjelsesprocessen på et enkelt strukturniveau, tilgangen var begrænset til todimensionelle DNA-origami-former aflejret på et mikroskopsubstrat.

Nu har gruppen overvåget DNA-nedbrydning og det efterfølgende anti-cancer-lægemiddel doxorubicin (Dox) frigivelse fra DNA-strukturerne. Lægemidlet binder mellem DNA-basepar.

"Vi observerede både fordøjelses- og lægemiddelfrigivelsesprofilerne, da lægemidlet frigives ved DNA-fragmentering af nukleaser, og vigtigst af alt, i løsningsfasen. Med denne metode kan vi faktisk se den kollektive adfærd af alle nanostrukturer, når de flyder frit i væske, " siger adjungeret professor Veikko Linko fra Aalto Universitet, der ledede undersøgelsen.

"Det ser ud til, at fordøjelsen foregår anderledes på substrater og i opløsning, og ved at kombinere disse to typer information, vi kan bedre forstå, hvordan nanostrukturerne fordøjes af nukleaser i blodbanen. I øvrigt, vi viste, at lægemiddelfrigivelsesprofilerne var tæt forbundet med fordøjelsesprofilerne, og en bred vifte af lægemiddeldoser kunne opnås blot ved at ændre formen eller geometrien af ​​DNA-nanostrukturen, " forklarer doktorand Heini Ijäs, forskningens hovedforfatter.

Da holdet undersøgte bindingen af ​​Dox til DNA-strukturerne meget detaljeret, de opdagede, at størstedelen af ​​tidligere undersøgelser i høj grad har overvurderet Dox-belastningskapaciteten af ​​DNA-origami.

"Anti-kræftvirkningerne af Dox-udstyrede DNA-nanostrukturer er blevet rapporteret i mange publikationer, men det ser ud til, at disse virkninger hovedsageligt kan være forårsaget af frie eller aggregerede Dox-molekyler, ikke af de lægemiddelfyldte DNA-motiver. Vi mener, at denne type information er afgørende for udviklingen af ​​sikre og mere effektive lægemiddelleveringssystemer, og bringer os et skridt tættere på den virkelige verden DNA-baserede biomedicinske applikationer, " siger Ijäs.