Учёные в реальном времени наблюдали высвобождение противоракового препарата из ДНК-наноструктур

ДНК-нанотехнологии — область, использующая молекулы ДНК в качестве строительного материала — быстро развивается, позволяя создавать сложные наноструктуры, такие как ДНК-оригами. Они служат отличной основой для доставки лекарств, но их стабильность в физиологических условиях требует изучения, особенно в отношении переваривания эндонуклеазами — ферментами, повсеместно присутствующими в крови и тканях и разрушающими чужеродную ДНК.

Международная группа исследователей из Аалтоского университета, Университета Йювяскюля, Мюнхенского университета им. Людвига-Максимилиана и Падерборнского университета разработала метод для изучения этого процесса в реальном времени.

Ранее с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии учёные показали, что дизайн ДНК-оригами влияет на скорость их разрушения в среде, богатой эндонуклеазами. Однако этот подход был ограничен двумерными структурами, закреплёнными на подложке.

Теперь группа отследила деградацию ДНК и последующее высвобождение противоракового препарата доксорубицина (Dox), который связывается между парами оснований ДНК.

«Мы наблюдали как профили переваривания, так и высвобождения препарата, поскольку лекарство высвобождается при фрагментации ДНК нуклеазами. Важно, что это происходило в растворе. Наш метод позволяет увидеть коллективное поведение всех наноструктур, свободно плавающих в жидкости», — говорит адъюнкт-профессор Вейкко Линко (Аалтоский университет), руководитель исследования.

«Похоже, переваривание происходит по-разному на подложке и в растворе. Комбинируя эти два типа информации, мы можем лучше понять, как наноструктуры перевариваются нуклеазами в кровотоке. Более того, мы показали, что профили высвобождения препарата тесно связаны с профилями переваривания, и широкий диапазон доз лекарства можно достичь, просто меняя форму или геометрию ДНК-наноструктуры», — объясняет докторант Хейни Ийяс, ведущий автор исследования.

Детально изучив связывание Dox с ДНК-структурами, команда обнаружила, что большинство предыдущих исследований значительно переоценивали ёмкость загрузки Dox для ДНК-оригами.

«Противодействующие раку эффекты ДНК-наноструктур, оснащённых Dox, описаны во многих публикациях, но, похоже, эти эффекты могли быть вызваны в основном свободными или агрегированными молекулами Dox, а не загруженными в ДНК-матрицы препаратами. Мы считаем, что такая информация имеет решающее значение для разработки безопасных и более эффективных систем доставки лекарств и приближает нас на шаг к реальным ДНК-биомедицинским применениям», — говорит Ийяс.