Nanotechnologia

Nowe badania przeprowadzone na University of Jyväskylä i Aalto University pokazują, że nanostruktury zbudowane z cząsteczek DNA można zaprogramować tak, aby działały jako nośniki reagujące na pH, torując drogę nośnikom dostarczającym leki.

Naukowcy z Finlandii opracowali nanostrukturę DNA, która może wykonywać określone zadania w warunkach podobnych do ludzkiego ciała. Zespół zbudował nośnik, który otwiera się i zamyka zgodnie z pH otoczenia. Nanokapsułkę można załadować za pomocą różnych ładunków, zamkniętych w celu dostarczenia i ponownie otwartych dzięki wzrostowi pH.

Funkcja nanokapsułki opiera się na resztach DNA reagujących na pH. Aby było to możliwe, zespół zaprojektował kapsułkową strukturę DNA funkcjonalizowaną pasmami DNA reagującymi na pH. Takie nanoprojekty DNA są kontrolowane przez proste wiązanie wodorowe dwóch komplementarnych sekwencji DNA. Połowa kapsuły została wyposażona w dwuniciowe DNA, które mogłoby dalej tworzyć potrójną helisę DNA. Jest to innymi słowy helikalna struktura składająca się z trzech, a nie dwóch cząsteczek DNA. Zachodzi to poprzez dołączenie do odpowiedniego jednoniciowego DNA w drugiej połowie.

„Tworzenie tripleksu może się zdarzyć tylko wtedy, gdy pH roztworu jest właściwe. Nazywamy te pasma „zatrzaskami pH”, ponieważ gdy nici oddziałują, działają podobnie do makroskopowych odpowiedników i blokują zamkniętą kapsułkę. W projektowaniu kapsułek dodaliśmy wiele motywów, aby ułatwić otwieranie/zamykanie kapsułek w oparciu o wspólne działanie zatrzasków. Otwarcie kapsułki jest szybkie i wymaga tylko niewielkiego wzrostu pH roztworu”, wyjaśnia doktorant Heini Ijäs z Nanoscience Center.

Nanocząstki i enzymy ładowane w kapsułkach

Aby wykorzystać nanokapsułki do transportu ładunków molekularnych lub substancji terapeutycznych, zespół zaprojektował kapsułkę z zagłębieniem, które może je pomieścić. Wykazali, że nanocząstki złota i enzymy mogą być ładowane (w wysokim pH) i zamknięte w kapsułkach (w niskim pH). Następnie mogą być ponownie uwolnione (wysokie pH). Monitorując aktywność enzymów, naukowcy odkryli, że ładunek pozostał w pełni funkcjonalny w trakcie procesu.

„Najbardziej intrygującą rzeczą w kapsułkach DNA jest to, że wartość progowa pH, przy której odbywa się otwieranie i zamykanie, jest w pełni regulowana poprzez wybór sekwencji podstawowych zatrzasków pH. Zaprojektowaliśmy próg pH na 7,2-7,3, zbliżony do pH krwi. W przyszłości tego typu nośnik leku można zoptymalizować, aby selektywnie otwierać wewnątrz określonych komórek nowotworowych, które mogą utrzymać wyższe pH niż w zdrowych komórkach” – mówi Veikko Linko, adiunkt na Uniwersytecie Aalto.

Ponadto kapsułki pozostały funkcjonalne przy fizjologicznym stężeniu magnezu i sodu oraz w 10% osoczu krwi. Co więcej, mogą nadal działać przy nawet wyższych stężeniach osocza. Wszystkie te odkrycia pomagają utorować drogę do opracowania inteligentnych i w pełni programowalnych nośników leków w nanomedycynie.

Źródło artykułu

Redaktor: Wiktoria Kurczak