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DNA折叠成智能纳米胶囊用于药物输送

发布时间:2019-05-14 15:56:56 来源:

Jyvaskyla大学和阿尔托大学的新研究表明,由DNA分子构建的纳米结构可以编程起来作为pH响应的货物载体,为功能性药物输送载体铺平道路。

来自芬兰的Jyväskylä大学和阿尔托大学的研究人员开发出一种定制的DNA纳米结构,可以在类似人体的条件下执行预定义的任务。为此,该团队建造了一个类似胶囊的载体,可根据周围溶液的pH值进行打开和关闭。纳米胶囊可以装载或包装有各种货物,关闭以便输送,并通过微妙的pH增加再次打开。

DNA纳米胶囊的功能基于pH响应性DNA残基。

为了实现这一目标,该团队设计了一种类似胶囊的DNA折纸结构,用pH响应DNA链进行功能化。这种动态DNA纳米标记通常通过两个互补DNA序列的简单氢键来控制。在这里,胶囊的一半配备了特定的双链DNA结构域,可进一步形成DNA三螺旋 - 换句话说,螺旋结构由三个,而不仅仅是两个DNA分子组成 - 通过连接到合适的单个 - 在另一半搁浅DNA。

'只有当溶液的周围pH值正确时,才会发生三链体形成。我们将这些pH响应链称为“pH锁定”,因为当链相互作用时,它们的功能与它们的宏观对应物类似,并将胶囊锁定在闭合状态。我们在胶囊设计中加入了多个图案,以便根据闩锁的协作行为促进胶囊的打开/关闭。胶囊的开口实际上非常迅速,只需要在溶液中略微增加pH值,“该研究的第一作者,Jyvaskyla大学纳米科学中心的博士生HeiniIjäs解释道。

可以将纳米颗粒和酶加载并包封在胶囊内

为了利用纳米胶囊运输分子有效载荷或治疗物质,该团队设计了一个可容纳不同材料的腔体。他们证明金纳米粒子和酶都可以加载(高pH)并封装在胶囊内(低pH)并再次显示(高pH)。通过监测酶活性,研究人员发现货物在整个过程中保持完全的功能。

“关于DNA折纸胶囊最有趣的事情是,通过选择pH锁存器的碱基序列,可以完全调节打开和关闭发生的阈值pH。我们设计的阈值pH值为7.2-7.3,接近血液pH值。阿尔托大学兼职教授Veikko Linko说,未来,这种类型的药物载体可以进行优化,以选择性地在特定的癌细胞内开放,这可以维持比正常健康的癌症更高的pH值。

此外,胶囊在生理镁和钠浓度以及10%血浆中保持功能,并且可以在甚至更高的血浆浓度下继续发挥作用。总之,这些发现有助于为开发用于纳米医学的智能和完全可编程的药物递送载体铺平道路。

这项工作由Mauri Kostiainen教授的实验室进行,由Veikko Linko领导,他们都在阿尔托大学工作。

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