纳米科学:DNA构建块为改善药物输送铺平了道路

  这项研究发表在Nature Nanotechnology上,由生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC),Leverhulme Trust和UCL Chemistry资助,展示了DNA如何用于建立稳定且可预测的孔隙,这些孔隙具有确定的形状和电荷以控制哪个分子可以通过毛孔和何时。

  据UCL和Nanion Technologies的科学家称,DNA被用作“分子构建块”,用于构建合成的生物启发孔,这将改善药物的输送方式,并有助于推动合成生物学领域的发展。

  研究人员计划在各种情况下测试合成毛孔,包括向细胞释放抗癌药物以及释放药物活性生物分子的孔隙。

  利用电生理学技术,研究人员证实,孔径垂直跨越膜表面并且内部宽度为2 nm是稳定的,这对于小药物分子来说是合适的尺寸。

  第一作者,Stefan Howorka博士(UCL化学)说:“由蛋白质制成的天然生物孔隙对于将货物运入和运出生物细胞至关重要,但它们很难从头开始设计.DNA为构建高度特异性提供了全新的策略我们可以根据需要打开和关闭合成毛孔。我们将毛孔设计成像门一样 - 只有在提供正确的钥匙时,通过将这些毛孔构建成药物载体,我们认为它将允许更精确针对治疗学。

  利用DNA构建模块,该团队设计了具有预定结构和确定性质的孔隙,这些孔隙精确地锚定在囊泡的壁 - 或膜上。

  Howorka博士补充说:“我们的方法是在构建和使用合成生物结构方面向前迈出了一大步,并承诺在孔隙设计和合成生物学方面开创了一个新时代。在响应性方面,我们认为该方法为从药物输送到纳米传感的广泛应用铺平了道路。

  我们的毛孔采用由六个DNA谱台组成的开放式桶形状。我们设计了一个分子门来关闭一个入口,然后在特定分子结合时重新打开通道。具有高膜亲和力的锚被连接到水中 - 可溶性毛孔进入油膜,“第一作者Jonathan Burns博士(UCL化学)解释道。

  共同作者Astrid Seifert与Nanion Technologies的Niels Fertig博士合作说:“我们能够精确分析我们创造的每个孔隙的性能。我们首先在膜中插入孔隙,然后使用每个通道的生物物理响应进行测试先进的微芯片。我们不仅开发了一种设计高度特异性毛孔的新方法,亚博而且还开发了一种自动测试其原位特性的方法,这对于测试未来用于靶向药物输送的毛孔非常重要。

  然后用电生理学技术以及与小分子大小相当的荧光团测试门的锁定和释放机制。由于DNA孔具有净负电荷,具有净负电荷的荧光团比具有净正电荷的荧光团更容易通过,显示出货物可以退出的选择性。与不匹配的密钥相比,使用匹配密钥移除锁定的流量增加了140倍。

  包括抗癌药物在内的许多治疗剂可以在称为囊泡的微小载体中在身体周围运输,所述囊泡使用生物标记物靶向不同组织。以前,通过温度诱导的渗漏囊泡壁或插入的肽通道触发从囊泡内释放药物,所述肽通道比DNA具有更低的刚性和可预测性。

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