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DNA纳米结构适合未来的任务

作者: 沈阳新闻网 更新时间: 2020年02月25日 15:33:09 游览量: 183

简述:

战胜癌症和其他多种疾病,不仅取决于掌握正确的药物,还在于将它们运到体内的正确位置,同时将对健康组织的损

战胜癌症和其他多种疾病,不仅取决于掌握正确的药物,还在于将它们运到体内的正确位置,同时将对健康组织的损害降至最低。DNA纳米结构(例如可折叠成定义​​形状的自组装DNA折纸)是用于药物和诊断方法以及不同疫苗接种策略的有前途的载体。这是因为它们可以使用小分子和蛋白质药物以及免疫原性抗原以及有助于将其递送至特定靶细胞和组织的功能灵活地功能化。此外,它们具有生物相容性和生物可降解性。

DNA纳米结构适合未来的任务

然而,DNA纳米结构在多种生物医学应用中的巨大潜力仍然受到其在人体组织和血液中有限的稳定性的阻碍。施志伟博士 现在,他和他的团队设计了一种简单,有效且可扩展的化学交联方法,可以为DNA纳米结构提供作为药物和诊断试剂的载体所需的稳定性。他们的研究发表在《美国化学学会杂志》(JACS)上。

Wyss研究所的核心教员William Shih说:“为了帮助实现DNA纳米结构的非凡前景,我们开发了一种广泛适用的化学方法来增强其抗降解性。” “通过两个简单的步骤来修饰DNA纳米结构,我们可以显着提高其存活率,从而消除了将这些纳米设备转化为各种医学问题的解决方案的核心瓶颈。”

DNA折纸通常由长链DNA组装而成,该长链DNA在纳米尺度上借助连接空间中结构不同部分的多条短钉链折叠成定义​​的3-D形状。DNA主链带强负电,这意味着将折叠链的不同部分彼此靠近可能会产生问题,因为它们与两个磁体的负表面相似,彼此自然排斥。为了克服这些排斥力,研究人员通常会在折叠反应中添加过量的带正电的离子,例如镁离子(Mg 2 +),以掩盖DNA的负电荷。

但是,通常,添加的Mg 2 +离子不能充分保持在3-D DNA折纸结构中。尤其是当引入体内,其中正常的Mg 2 +浓度要低得多,镁2 +离子从纳米结构泄漏,它们引起崩解。此外,DNA纳米结构受到体内自然产生的DNA核酸酶的不断攻击,并降解游离的DNA分子,从而大大降低了其稳定性,通常以其半衰期来衡量。从逻辑上讲,通过破坏DNA纳米结构的结构完整性,这些内在和外在的力量也减少了药物的释放或诊断报告分子的可用性。

在先前的研究中,Shih和他的团队找到了一种解决方法,以克服对过量Mg 2 +的需求。稳定DNA纳米结构的浓度。他们通过在带有较大正电荷的相对微小的不引人注目的中和剂(基本上被称为PEG-寡聚赖氨酸(或PEG化的寡聚赖氨酸))上涂覆DNA的基本表面,他们发明了一种可以轻松应用于稳定DNA纳米结构的方法。以各种形式和形式以可扩展的方式。聚乙二醇化的低聚赖氨酸由带正电荷的氨基酸赖氨酸的短链(蛋白质的组成部分之一)牢固地连接到聚乙二醇(PEG),聚乙二醇是一种能够结合多个低聚赖氨酸链的聚合分子。研究人员认为PEG起到了“分子刷”的作用,可以防止中和的纳米粒子聚集。

与单个Mg 2 +离子在理论上相反,每个Mg 2 +离子只能用两个正电荷中和DNA骨架暴露的许多负电荷中的两个,而聚乙二醇化的低聚赖氨酸可以一次覆盖多个负DNA电荷,因此形成稳定的覆盖DNA纳米结构表面的“静电网”。涂覆的纳米结构的稳定性甚至在活细胞和小鼠中得以维持,这表明该研究小组走上了正确的轨道。

第一作者弗朗西斯·阿纳斯塔萨科斯(Frances Anastassacos)博士说:“使用这种简单的策略,我们可以在还包含正常核酸酶水平的生理环境中将DNA纳米结构的生存期延长约400倍,半衰期可达36小时。”他在研究时是与Shih合作的研究生。“但是,这仍然不能满足某些实际治疗应用的需要。聚乙二醇化的低聚赖氨酸在一定程度上仍然倾向于从DNA上脱落。”

在JACS研究中,团队现在解决了“稳定性问题”的其余部分。Anastassacos说:“我们使用一种称为“戊二醛”的化学交联剂将额外的绳结绑在静电网上,该交联剂能牢固地结合DNA纳米结构表面上不同的PEG化寡聚赖氨酸。“在DNA核酸酶水平远远超过人体水平的情况下,它们的生存期延长了超过300小时。我们仅使用PEG化寡聚赖氨酸观察到的稳定性提高了400倍,又提高了250倍,达到了预期的水平用于临床。”

通过化学修饰成功地稳定DNA纳米结构的其他尝试大多依赖于对现有结构的重新设计,以便其展开的化学物质可以访问其3-D结构中的特定位点。相比之下,“我们的方法可以在任何DNA 纳米结构上进行,其简便性和成本效益可显着增强许多已经存在和新设计的治疗和诊断结构的翻译,”赵昭博士说。是该研究的第一作者,还是Shih团队的前博士后研究员。

文章链接:http://www.68nw.com//jksh/24224.html

文章标题:DNA纳米结构适合未来的任务