Inom biomedicin kan metallorganiska ramverk användas för att leverera läkemedel runt människokroppen. Ett team som leds av KAUST har utvecklat ett MOF-baserat system för att få DNA över cellmembranen till målceller. Kredit:Chand et al, JACS au (2022); konstverk av Ivan Gromicho
En ny typ av material som kallas ett metall-organiskt ramverk (MOF) kan hjälpa till att förbättra leveransen av genetiskt material för behandling av sjukdom.
MOF är hybridmaterial konstruerade av metalljoner sammanlänkade av organiska molekyler. Inom biomedicin har de mestadels använts som transportmedel för småmolekylära läkemedel, men nu har ett KAUST-ledda team utvecklat ett MOF-baserat system för att få DNA över cellmembranen till målceller.
Forskarna byggde sina MOFs med hjälp av en samling av nukleinsyra och onaturliga aminosyror byggstenar bundna samman av zinkatomer, monterade i en pyramidliknande array. De laddade upp det resulterande materialet med enkelsträngat DNA. Strukturerna skyddade den genetiska lasten från enzymatisk nedbrytning och hjälpte till att föra in det enkelsträngade DNA:t till celler, där det hamnade inuti kärnan – cellens inre sanctum där all genaktivitet äger rum.
En kritisk utmaning inom genterapi är fortfarande säker och effektiv leverans av genetiskt material, och de flesta metoder som används idag är dyra, ineffektiva, oprecisa eller potentiellt giftiga. Det KAUST-utformade leveranssystemet skulle kunna erbjuda ett förbättrat sätt att reglera genuttryck och funktion i människors celler som ett sätt att behandla cancer, hemofili och många fler genetiska störningar.
"Dessa biokompatibla ramverk kan fungera som stabiliserande plattformar för genetiskt material, särskilt för framtida tillämpningar inom vaccination och personlig medicin", säger huvudutredaren Niveen M. Khashab från KAUST, som beskrev materialsystemet i tidskriften JACS Au , tillsammans med sina elever Othman Alahmed och Walaa Baslyman och med postdoc Santanu Chand.
Forskarna beskrev hur en viss nukleinsyra som ingår i deras MOF - en molekyl som kallas adenin, en av de fyra kemiska baserna i DNA - parar sig med sin partnernukleinsyra på enkelsträngat DNA för att främja laddning av genetiska laster. Beräkningsanalyser visade också vikten av elektrostatiska interaktioner i inkapslingen av DNA i deras plattform.
Det material som fungerade bäst för att få in DNA i cellkärnor visade en nålformad struktur med ett storleksintervall på cirka 500–600 nanometer. Det är mindre än till och med den minsta mänskliga cellen, men Khashab tror att en ännu mindre version kan fungera bättre. Hon säger, "Vi är i stadiet att förbereda mindre partiklar i nanoskalaområdet för att säkerställa effektiv cellinternalisering för kommande studier på möss." Om det lyckas kan prövningar på människor följa. + Utforska vidare
