Nanoskaliga "burar" gjorda av DNA-strängar kan kapsla in småmolekylära läkemedel och frigöra dem som svar på en specifik stimulans, McGill University forskare rapporterar i en ny studie.

Forskningen, publiceras online 1 september in Naturkemi , markerar ett steg mot användningen av biologiska nanostrukturer för att leverera läkemedel till sjuka celler hos patienter. Fynden kan också öppna upp nya möjligheter för att designa DNA-baserade nanomaterial.

"Denna forskning är viktig för läkemedelstillförsel, men också för grundläggande strukturbiologi och nanoteknik, " säger McGill Kemiprofessor Hanadi Sleiman, som ledde forskargruppen.

DNA bär den genetiska informationen från alla levande organismer från en generation till nästa. Men strängar av materialet kan också användas för att bygga strukturer i nanometerskala. (En nanometer är en miljarddels meter – ungefär en-100, 000:e diametern av ett människohår.)

I sina experiment, McGill-forskarna skapade först DNA-kuber med korta DNA-strängar, och modifierade dem med lipidliknande molekyler. Lipiderna kan agera som klibbiga fläckar som kommer samman och engagerar sig i ett "handslag" inuti DNA-kuben, skapa en kärna som kan hålla last som läkemedelsmolekyler.

McGill-forskarna fann också att när de klibbiga fläckarna placerades på en av utsidan av DNA-kuberna, två kuber kunde fästa ihop. Detta nya sätt att montera har likheter med hur proteiner viker sig in i sina funktionella strukturer, Sleiman konstaterar. "Det öppnar upp en rad nya möjligheter för att designa DNA-baserade nanomaterial."

Sleimans labb har tidigare visat att guldnanopartiklar kan laddas och frigöras från DNA-nanorör, ger ett preliminärt bevis på att läkemedelsleverans kan vara möjlig. Men den nya studien markerar första gången som små molekyler - som är betydligt mindre än guldnanopartiklarna - har manipulerats på ett sådant sätt med hjälp av en DNA-nanostruktur, forskarna rapporterar.

DNA-nanostrukturer har flera potentiella fördelar jämfört med de syntetiska materialen som ofta används för att leverera droger i kroppen, säger Thomas Edwardson, en McGill doktorand och medförfattare till den nya uppsatsen. "DNA-strukturer kan byggas med stor precision, de är biologiskt nedbrytbara och deras storlek, form och egenskaper kan enkelt justeras".

DNA-burarna kan fås att frigöra läkemedel i närvaro av en specifik nukleinsyrasekvens. "Många sjuka celler, såsom cancerceller, överuttrycker vissa gener, Edwardson tillägger. "I en framtida ansökan, man kan föreställa sig en DNA-kub som transporterar droglast till den sjuka cellmiljön, som kommer att utlösa frisättningen av läkemedlet." Sleiman-gruppen genomför nu cell- och djurstudier för att bedöma livskraften för denna metod på kronisk lymfatisk leukemi (KLL) och prostatacancer, i samarbete med forskare vid Lady Davis Institute for Medical Research vid Montreals Jewish General Hospital.