ДНК-наноструктуры получают защиту для будущих миссий
ДНК-наноструктуры, такие как самоорганизующиеся оригами, — перспективные средства доставки лекарств и диагностики благодаря своей биосовместимости и возможности гибкой функционализации. Однако их широкому применению в биомедицине мешает ограниченная стабильность в тканях и крови организма.
Исследователи под руководством Уильяма Ши из Института Висса разработали простой, эффективный и масштабируемый метод химического сшивания, который решает эту проблему. Работа опубликована в Journal of the American Chemical Society (JACS).
Проблема стабильности
ДНК-оригами стабилизируются в растворе избытком положительно заряженных ионов магния (Mg2+), которые нейтрализуют отрицательный заряд остова ДНК. В организме концентрация Mg2+ значительно ниже, ионы вымываются, а наноструктуры разрушаются ДНК-нуклеазами, что сокращает их период полураспада.
Решение в два этапа
- Электростатическая защита: Поверхность наноструктур покрывается PEG-олиголизином — короткими цепочками положительно заряженной аминокислоты лизина, прикреплёнными к полиэтиленгликолю (PEG). Это создаёт «электростатическую сеть», нейтрализующую множественные отрицательные заряды ДНК, и повышает стабильность в 400 раз (период полураспада до 36 часов).
- Химическое сшивание: Для предотвращения отслоения покрытия учёные использовали сшивающий реагент глутаровый альдегид, который прочно связывает молекулы PEG-олиголизина на поверхности. Это дополнительно повысило стабильность ещё в 250 раз.
Результаты
В условиях с уровнем нуклеаз, значительно превышающим физиологический, период полураспада модифицированных ДНК-наноструктур превысил 300 часов. Метод не требует перепроектирования структур, применим к любой ДНК-наноструктуре и не мешает связыванию полезных грузов или поглощению клетками.
Перспективы
Подход позволяет не только максимизировать стабильность, но и, варьируя степень сшивания, тонко настраивать время высвобождения груза для конкретных терапевтических задач, открывая путь к клиническому применению.