Med upptäckten av en RNA-nanoställning som förblir ovanligt stabil i kroppen, forskare vid University of Cincinnati (UC) har övervunnit ytterligare ett hinder för utvecklingen av terapeutisk RNA -nanoteknik.
Peixuan Guo, Doktorsexamen, Dane och Mary Louise Miller begåvade ordförande och professor i biomedicinsk teknik, och hans kollegor vid UC's College of Engineering and Applied Sciences rapporterar konstruktionen av en termodynamiskt stabil RNA -nanopartikel online i tidskriften Naturnanoteknik.
Nanopartikeln, konstruerad från ett trevägs-korsning (3WJ) -motiv för förpackning av RNA (pRNA) molekyler, kan fungera som en plattform för att bygga större, multifunktionella nanopartiklar, säger Guo, som sedan kan injiceras i kroppen för att leverera terapi till riktade celler.
"RNA -nanopartiklar har tillämpningar för behandling av cancer och virusinfektioner, " han säger, "men ett av problemen på området är att RNA-nanopartiklar är relativt instabila. Utan kovalenta bindningar eller tvärbindning för att hålla dem ihop, nanopartiklarna som produceras via självmontering kan dissociera när de injiceras i djur- och mänskliga cirkulationssystem, där de existerar vid mycket låga koncentrationer. "
I arbetet, Guo och forskare utforskade den unika strukturen hos DNA -förpackningsmotorn för bakteriofag phi29, ett virus som infekterar bakterier. Motorn drivs av en ring av pRNA -molekyler som innehåller sammankopplade öglor och spiralformade domäner, som förenas med ett starkt 3WJ -motiv.
"PRNA är utomordentligt starkt, "säger Guo, "eftersom det är en mekanisk del som naturen använder för att växla en kraftfull motor. Denna styrka gör den till en idealisk plattform för konstruktion av RNA -nanopartiklar. Dessutom har kärnan har unika och ovanligt stabila funktioner, såsom motståndskraft mot starka denaturanter som karbamid och förmågan förblir intakt vid ultralåga koncentrationer i frånvaro av magnesium. "
Med hjälp av tre små fragment av RNA med hög affinitet för montering i större strukturer, forskare kunde återskapa 3WJ -kärnan utanför pRNA -strukturen. Dessutom, varje arm i 3WJ -kärnan kan smälta till siRNA -molekyler, receptorbindande ligander och RNA-aptamerer, molekylära verktyg som är nödvändiga för nanopartikeln att hitta en riktad cell inuti kroppen och tysta gener i den.
Den resulterande nanopartikeln förblev stabil och funktionell in vitro och, när den introduceras in vivo, riktade tumörer specifikt utan att sprida sig till andra kritiska organ eller normala vävnader.
"Att göra fusionskomplex av DNA eller RNA är inte svårt, "säger Guo, "men att säkerställa lämplig vikning av enskilda moduler inom komplexet för att behålla sin funktion efter fusion är en svår uppgift. pRNA 3WJ -kärnan styr vikningen av enskilda funktionella moduler, och stabiliteten hos 3WJ -kärnan säkerställer att varje fusionsmodul förblir vikt för korrekt funktion. "
Tidigare i år, Guo och hans team övervann ytterligare ett hinder för RNA -nanoteknik, risken med RNase, ett vanligt enzym som snabbt bryter ner RNA vid kontakt. Genom att ersätta en kemisk grupp i RNA:s ribosring, Guos team kunde göra RNA resistent mot nedbrytning, samtidigt som den behåller sin förmåga att montera till nanopartiklar och bilda lämplig 3D -struktur och funktion.
