DNA nanoteknologi sikkert til medicinsk brug, tyder ny undersøgelse

Fremskridt inden for nanoteknologi har gjort det muligt at fremstille strukturer ud af DNA til brug i biomedicinske applikationer som levering af lægemidler eller fremstilling af vacciner, men ny forskning i mus undersøger teknologiens sikkerhed.

Ved at bruge en teknik kaldet DNA Origami (DO) - en proces, der involverer foldning af komplementære DNA-strenge til dobbeltspiraler igen og igen - kan videnskabsmænd konstruere en række små enheder med komplekse former, der kan injiceres i kroppen for at levere medicin eller udføre andre opgaver. Men fordi denne teknologi stadig er relativt ny, har forskerne været uenige om, hvorvidt nanostrukturer kan forårsage farlige immunresponser eller være giftige på andre måder i dyresystemer.

Nu har et team af forskere fra Ohio State University taget et første skridt mod at besvare det spørgsmål. Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Small , fandt ud af, at selvom store mængder af disse DNA-enheder kan forårsage en let immunrespons, er det ikke markeret nok til at være farligt. Deres resultater tyder også på, at forskellige former kan være mere befordrende for forskellige terapeutiske anvendelser.

"DNA er utroligt med hensyn til konstruktion, og hvordan det er i stand til at blive manipuleret og designet til at danne nano-robotter på en meget koordineret måde," sagde Christopher Lucas, hovedforfatter af undersøgelsen og en forsker i mekanisk og rumfartsteknik ved Ohio State . "Vi tror på, at denne teknologi, som har en utrolig mængde potentiale, kan bruges til at diagnosticere, behandle og forebygge sygdom."

For at teste, om det kan gøres sikkert, brugte Lucas' team mus til at sammenligne biofordelingen og toksiciteten af ​​to forskellige nanostrukturer:en flad enkeltlags 2D-trekant kaldet "Tri" og en 3D-stavformet struktur, der fik betegnelsen " Hest." Over en periode på 10 dage fik ca. 60 hunmus kontinuerligt IV-injektioner af begge DO-strukturer. Men for virkelig at teste sikkerheden, doserede forskerne gentagne gange musene i en koncentration 10 gange større end i tidligere undersøgelser.

Forskere så, at Tri og Horse skabte formafhængige inflammatoriske reaktioner, men fordi responsen aftog med tiden, viste de, at immunreaktionen var relativt harmløs i det lange løb. "Det var et beskedent immunrespons, men det var ikke giftigt for dyrene," sagde Lucas. "Forståelse af det var virkelig nøglen, da vi bevæger os mod præklinisk udvikling og klargør teknologien til lægemiddelleveringsapplikationer."

Da eksperimentet var afsluttet, indsamlede og afbildede holdet også alle musens vigtigste organer, blod og urin for at spore enhedens endelige fordeling i hele kroppen. Resultaterne viste, at begge typer nanostrukturer blev internaliseret af en række forskellige immunceller, men mængden af ​​DO, der stadig var tilbage, var forskellig på grund af deres oprindelige koncentrationer og hvor længe de gennemtrængte kroppen. Fordi de er biokompatible, rydder nanostrukturer også tilfældigvis kroppen relativt hurtigt, sagde Lucas. Og det er en god ting, især hvis videnskabsmænd vil sikre, at disse enheder kun kan bruges til at målrette mod syge celler.

Men det er svært at forudsige de udfordringer, andre former for nanostrukturer kan løbe ind i i en menneske- eller dyrekrop.

"Når du først har sat tingene ind i et biologisk system, er der bare så meget variation at tage højde for," sagde studiets medforfatter Carlos Castro, professor i mekanik og rumfartsteknik.

Med hensyn til det næste, da de har vist, at teknologien ikke er giftig for mus, ønsker holdet at begynde at fylde enhederne op med kemoterapimedicin og begynde at lære, hvordan man bruger enhederne til effektivt at målrette kræftceller i dyr. "Vi ridser bare i overfladen," sagde Castro. "Vi afslører et helt nyt sæt interessante spørgsmål, som vi kan grave dybere ned i." + Udforsk yderligere

DNA-robotter designet på få minutter i stedet for dage