ДНК как «строительный блок» для улучшения доставки лекарств

Ученые из UCL и Nanion Technologies использовали ДНК в качестве «молекулярного строительного блока» для создания синтетических биоинспирированных пор. Это улучшит доставку лекарств и продвинет область синтетической биологии.

Исследование, опубликованное в Nature Nanotechnology и финансируемое BBSRC, Leverhulme Trust и UCL Chemistry, показывает, как ДНК можно использовать для создания стабильных и предсказуемых пор с заданной формой и зарядом. Это позволяет контролировать, какие молекулы и когда могут проходить через пору.

Ведущий автор, д-р Стефан Ховика (UCL Chemistry): «Естественные биологические поры из белков сложно спроектировать с нуля. ДНК предлагает новую стратегию для создания высокоспецифичных синтетических пор, которые мы можем открывать и закрывать по требованию. Мы сконструировали наши поры как двери, которые открываются только правильным ключом. Внедрение таких пор в носители лекарств позволит точнее нацеливать терапию».

Многие терапевтические средства, включая противораковые препараты, можно транспортировать в крошечных носителях — везикулах. Ранее высвобождение лекарств из них запускалось с помощью температуры или пептидных каналов, которые менее жесткие и предсказуемые, чем ДНК.

Используя блоки ДНК, команда спроектировала поры с заранее заданной структурой и свойствами, которые точно заякоривались в мембранах везикул.

Д-р Джонатан Бернс (UCL Chemistry): «Наши поры имеют форму открытой бочки из шести «клепок» ДНК. Мы создали молекулярные ворота, которые закрывают один вход, но открывают канал при связывании специфической молекулы. Высокоаффинные якоря закрепляют водорастворимые поры в маслянистой мембране».

С помощью электрофизиологических методов исследователи подтвердили, что пора стабильно пересекает мембрану и имеет внутренний диаметр 2 нм, что подходит для прохождения небольших молекул лекарств.

Механизм блокировки и открытия ворот тестировали электрофизиологически и с флуорофорами размером с малые молекулы. Поскольку ДНК-пора имеет отрицательный заряд, отрицательно заряженные флуорофоры проходили легче, чем положительно заряженные, демонстрируя селективность. Удаление блокировки «правильным ключом» увеличило поток в 140 раз по сравнению с «неправильным ключом».

Астрид Зайферт (Nanion Technologies): «Мы смогли точно проанализировать работу каждой созданной поры с помощью передовых микрочипов. Мы разработали не только новый способ создания высокоспецифичных пор, но и автоматизированный метод тестирования их свойств in situ».

Исследователи планируют тестировать синтетические поры в различных сценариях, включая высвобождение противораковых препаратов в клетках и создание пор для высвобождения биомолекул.

Д-р Ховика: «Наш подход — большой шаг вперед в создании и использовании синтетических биологических структур. Мы продемонстрировали точный контроль над поведением поры в плане селективности и управляемости, что открывает путь для широкого спектра применений — от доставки лекарств до наносенсорики».