Med hjälp av en teknik som kallas "nukleinsyra origami, ”Kemiska ingenjörer har byggt små partiklar gjorda av DNA och RNA som kan leverera bitar av RNA direkt till tumörer, stänga av gener uttryckta i cancerceller.

För att uppnå denna typ av genavstängning, känd som RNA -störning, många forskare har försökt - med viss framgång - att leverera RNA med partiklar gjorda av polymerer eller lipider. Dock, dessa material kan utgöra säkerhetsrisker och är svåra att rikta in, säger Daniel Anderson, docent i hälsovetenskap och teknik och kemiteknik, och medlem av David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research vid MIT.

De nya partiklarna, utvecklat av forskare vid MIT, Alnylam Pharmaceuticals och Harvard Medical School, verkar övervinna dessa utmaningar, Säger Anderson. Eftersom partiklarna är gjorda av DNA och RNA, de är biologiskt nedbrytbara och utgör inget hot för kroppen. De kan också märkas med folatmolekyler (vitamin B9) för att rikta in överflödet av folatreceptorer som finns på vissa tumörer, inklusive de som är associerade med äggstockscancer - en av de dödligaste, svåraste behandlingar.

Anderson är seniorförfattare till ett papper om partiklarna som förekommer i 3 juni -numret av Naturnanoteknik . Tidskriftens huvudförfattare är tidigare MIT postdoc Hyukjin Lee, nu assisterande professor vid Ewha Womans University i Seoul, Sydkorea.

Genetiska störningar

RNA -störning (RNAi), ett naturligt fenomen som celler använder för att kontrollera sitt genuttryck, har fascinerat forskare sedan dess upptäckt 1998. Genetisk information transporteras normalt från DNA i kärnan till ribosomer, cellulära strukturer där proteiner tillverkas. Kort störande RNA (siRNA) stör denna process genom att binda till budbärar -RNA -molekylerna som bär DNA:s instruktioner, förstöra dem innan de når ribosomen.

siRNA-levererande nanopartiklar gjorda av lipider, som Andersons laboratorium och Alnylam också utvecklar, har visat viss framgång med att stänga av cancergener i djurstudier, och kliniska prövningar pågår nu hos patienter med levercancer. Nanopartiklar tenderar att ackumuleras i levern, mjälte och lungor, så levercancer är ett naturligt mål - men det har varit svårt att rikta sådana partiklar mot tumörer i andra organ.

"När du tänker på metastatisk cancer, du vill inte bara stanna i levern, Säger Anderson. "Du vill också komma till mer olika platser."

Ett annat hinder för att uppfylla löftet om RNAi har varit att hitta sätt att leverera de korta strängarna av RNA utan att skada friska vävnader i kroppen. För att undvika eventuella biverkningar, Anderson och hans kollegor bestämde sig för att försöka leverera RNA i ett enkelt paket av DNA. Med hjälp av nukleinsyraorigami-som gör det möjligt för forskare att konstruera 3-D-former från korta segment av DNA-sammanförde de sex DNA-strängar för att skapa en tetraeder (en sexkantad, fyrkantig pyramid). En enda RNA -sträng fästes sedan på varje kant av tetraedern.

"Det som är särskilt spännande med nukleinsyraorigami är det faktum att du kan göra molekylärt identiska partiklar och definiera varenda atom, Säger Anderson.

För att rikta partiklarna mot tumörceller, forskarna fäst tre folatmolekyler till varje tetraeder. Korta proteinfragment kan också användas för att rikta partiklarna mot en mängd olika tumörer.

Med hjälp av nukleinsyra origami, forskarna har mycket mer kontroll över partiklarnas sammansättning, gör det lättare att skapa identiska partiklar som alla söker rätt mål. Detta är vanligtvis inte fallet med lipid -nanopartiklar, säger Vinod Labhasetwar, professor i biomedicinsk teknik vid Lerner Research Institute vid Cleveland Clinic. "Med lipidpartiklar, du är inte säker på vilken bråkdel av partiklarna som verkligen kommer till målvävnaden, Säger Labhasetwar, som inte var inblandad i denna studie.

Cirkulera och ackumulera

I studier av möss implanterade med humana tumörer, fann forskarna att när de injicerades, nukleinsyrananopartiklar cirkulerade i blodomloppet med en halveringstid på 24 minuter-tillräckligt lång för att nå sina mål. DNA -tetraeder verkar skydda RNA från snabb absorption genom njurarna och utsöndring, som vanligtvis händer med RNA administrerat på egen hand, Säger Anderson.

"Om du tar ett kort störande RNA och injicerar det i blodomloppet, det är vanligtvis borta på sex minuter. Om du gör en större nanopartikel med origamimetoder, det ökar dess förmåga att undvika utsöndring genom njurarna, och därmed öka sin tid i blodet ”, säger han.

Forskarna visade också att nukleinsyrananopartiklarna ackumulerades på tumörställena. RNA som levererades av partiklarna var utformat för att rikta in sig på en gen för luciferas, som hade lagts till tumörcellerna för att få dem att lysa. De fann att hos behandlade möss, luciferasaktiviteten sjönk med mer än hälften.

Teamet designar nu nanopartiklar för att rikta in gener som främjar tumörtillväxt, och arbetar också med att stänga av gener som är involverade i andra genetiska sjukdomar.

Forskningen finansierades av National Institutes of Health, Center for Cancer Nanotechnology Excellence, Alnylam Pharmaceuticals och National Research Foundation of Korea.

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.