Защищая ДНК-оригами для анти-рак доставка лекарств

Учеными были сконструированы и синтезированы цепи молекул с точной последовательности и длины, чтобы эффективно защитить 3-Д ДНК-наноструктур от структурной деградации при различных, зависящих от биомедицинских причин соответствующих условий. Они показали, как эти «peptoid покрытые ДНК-оригами» есть потенциал, чтобы использоваться для доставки противораковых препаратов и белков, визуализации биологических молекул и определение клеточной поверхности рецепторы вовлечены в Раке. Их метод проектирования peptoids для стабилизации ДНК-оригами в физиологических средах описаны в работе, опубликованной в Трудах Национальной академии наук неделя марта. 9.

Похожие на японское искусство складывания бумаги, ДНК-оригами-это складывание длинной, гибкой цепочки ДНК в желаемой формы на наноуровне (миллиардных долей метра) путем «сшивания» различных частей цепи с комплементарной пары оснований коротких нитей ДНК. Эти программируемые и точно контролируемых наноразмерных архитектур может быть полезным для многих биомедицинских приложений, в том числе для адресной доставки препаратов и генов в нужные ткани и клетки, визуализации биологических процессов внутри организма, и биосигналов для диагностики заболеваний и мониторинга состояния здоровья. Однако, включение таких приложений потребует решения для защиты ДНК-оригами структур в сложных биологических жидкостях и включение новых функций, которые не присущи ДНК.

«Одним из сдерживающих факторов при применении структуры и формы преимущества ДНК-оригами для наномедицины является то, что, размещенные внутри человеческого организма, ДНК-наноструктуры легко переваривается с помощью ферментов или ухудшаться в ответ на изменения состава или рН уровень», — пояснил первый автор Ши-Тин (Кристина) ван, постдок в мягкий био-и наноматериалов группа Центра функциональных наноматериалов (CFN ПО) при Министерстве энергетики США (МЭ США), Брукхейвенской национальной лаборатории. «В данном исследовании нами были синтезированы биосовместимые молекулы, называемые peptoids с хорошо определенными молекулярный состав, последовательность и длину. Мы покрыли восьмигранной формы ДНК-оригами, который обладает высокой механической стабильностью и большим открытым пространством для проведения наноразмерных грузов, таких как низкомолекулярных противораковых лекарственных средств-с этими peptoids. Наши демонстрации показали, что покрытия peptoid эффективно защищает ДНК-оригами в различных физиологических условиях и поддерживает добавление различных химических функций для биомедицинских применений».

Peptoids напоминают пептиды, или короткие цепочки аминокислот. Однако, в peptoids, боковых цепей (химических групп, присоединенных к основной цепи или костяк молекулы) прикреплены к азота, а не углерода. Кроме того, peptoids являются более гибкими, из-за отсутствия водородных связей в основной цепи. Такая гибкость может быть использована для управления как peptoids привязку к ДНК-оригами.

«Нашей целью было сделать минималистичный покрытие, которое бы не добавить объема на оригами, но в то же время быть достаточно эффективным, для того чтобы предложить предохранение, растворимости, совместимости с разными жизненных функций», — сказал автор Олег банды, лидер глядя на мягкий био-и наноматериалов группы и профессор химической инженерии и прикладной физики и материаловедения в Колумбийском университете машиностроения. «Если с покрытием оригами становится громоздким, ее форму и как она взаимодействует и согласован с другими биомолекулами и оригами будут затронуты, вводя различные осложнения.»

Ван И банды, помогал сотрудник из Имперского колледжа в Лондоне, использованных средств на молекулярном литейного производства Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (МФ) синтезировать два вида архитектур peptoid для защиты ДНК-оригами: кисть тип и тип блока. Обе архитектуры имеют домен связывания ДНК (положительно заряженная часть, которая связывается с отрицательно заряженной ДНК) и водорастворимого домена (часть, которая обеспечивает ДНК находится в окружении молекул воды, которые необходимы для стабилизации). Кисть-тип архитектуры чередуется между этими двумя доменами, в то время как блок-тип архитектуры кластеров их в виде отдельных «блоков.»

Чтобы определить, какой тип был лучше в защите, ученые изучали связь между двумя-многопроволочная (дуплекс) ДНК и peptoids. Эксперименты с флуоресцентным красителем (который связывается с ДНК) показал, что был конкретный щетки-тип архитектуры наиболее эффективным в стабилизации ДНК-дуплекса с покрытием peptoids при высокой температуре. Сотрудник в Университете RMIT в Австралии моделируется на молекулярном уровне ДНК-peptoid взаимодействия, чтобы понять, почему.

«Мы считаем, что переменный состав достигает баланса, в том, что некоторые части сидеть в канавке двойной спирали ДНК структура для обеспечения защиты, в то время как другие куски торчат выгодно взаимодействовать с водой», — сказал Ван. «Оптимальная конфигурация-это тип кисти с 12 ДНК-связывающих и 12 водорастворимых групп».

Руководствуясь этими исследованиями, команда исследовали структурную стабильность peptoid покрытием ДНК-оригами в нескольких видах физиологически соответствующие условия: в раствор, содержащий низкую концентрацию положительно заряженных магний (мг) ионов в раствор, содержащий ДНК-специфическая нуклеаза (типа фермента) и инкубировали в среду культуры клеток (содержащих как нуклеазы и Мг ионов при низких концентрациях). Как правило, высоким мг-Ион концентрация, необходимых для стабилизации ДНК-оригами, уменьшая отталкивание ДНК-ДНК отрицательные заряды, но физиологические жидкости содержат гораздо более низкие концентрации.

Для их исследований, они использовали сочетание экспериментальных методов: электрофорез в агарозном геле, методом разделения фрагментов ДНК (или других макромолекул) на основе их заряда и размера; просвечивающей электронной микроскопии для визуализации и динамического рассеяния света на на Android; и в режиме реального времени малоуглового рассеяния рентгеновских лучей в жизни Науки рассеяния рентгеновских лучей (Ликс) частей из Брукхейвенской национальной синхротронным излучением в области II (NSLS-II) по. Результаты показали, что структура оригами уцелел после того, как он был покрыт специально peptoids и помещены в различных физиологических условиях.

После этих экспериментов ученые провели серию демонстраций в сотрудничестве с группой Бертоцци в Стэнфордском университете, чтобы изучить, как peptoid покрытием оригами могут быть использованы в биомедицинских приложениях. Например, они загружается химиотерапии доксорубицином препарата в покрытием оригами. Доксорубицин является одним из наиболее часто назначают препараты пациентам с HER2-положительным раком молочной железы, в которых сверхэкспрессия белка HER2 (рецептора на клетках молочных желез) заставляет клетки делятся и растут бесконтрольно. В течение 48 часов, с покрытием оригами выпущено меньше доксорубицина, чем его noncoated коллегой, измеряемый по интенсивности собственной флуоресценции препарата.

«Конечная цель заключается в том, чтобы иметь возможность модулировать скорость высвобождения в процессе доставки лекарственных средств, чтобы контролировать биологического и токсического воздействия», — пояснил Ван.

Во втором демонстрация nanocargo, они исследовали, может ли белки могут быть доставлены в подобном роде. Они воплощают в себе корову-производный белок (придает флуоресцентных молекул для наглядности) внутри покрыл оригами в присутствии расщепляющий белки фермент трипсин. Переваривание этого инкапсулированного белка трипсином была снижена и замедлено из-за сочетания в себе ДНК-оригами и покрытия peptoid.

В заключительной демонстрации, они функционализированные поверхности peptoid покрытием ДНК-оригами с трастузумаб. Более известный под торговой маркой Герцептин, трастузумаб представляет собой антитело, которое мишени HER2 и рецепторов. После связывания с этими рецепторами, трастузумаб блокирует раковые клетки не получают химический сигнал, они должны расти. Они достигли поверхности функционализация путем добавления химических групп к определенным сайтам на трастузумаб молекулы и в последовательности peptoid. Через «клик-химии», эти группы селективно реагируют образуют ковалентные связи (сродни щелчок ремня безопасности).

В последующих экспериментах, Ван планирует изучить потенциал комбинаторной терапии, в которой peptoid покрытием ДНК-оригами переноски доксорубицин и с трастузумаб-функционализированных надводных целей HER2-положительного рака молочной железы клетки.

Ван получил финансирование в рамках программы созревания технологии Брукхейвен и дальше развивать эту технологию на основе Пека она разработана в качестве участника во второй обучение основам предпринимательства совещании, организованном Управлением Брукхейвен передачи технологий в апреле 2019. Правовая группа интеллектуальная собственность брукхейвен еще недавно подал предварительную заявку на патент для методологии проектирования peptoid в США по патентам и товарным знакам.

«Сейчас мы движемся в трансляционный этап, проведение экспериментов с использованием клеток и потенциально целых организмов», — сказал банда.

сделать разницу: спонсорские возможности