En lovande upptäckt för avancerad cancerterapi avslöjar att effektiviteten av läkemedelsleverans i DNA-nanostrukturer beror på deras former, säger forskare vid Missouri University of Science and Technology och University of Kansas i en vetenskaplig artikel som publiceras idag.
"För första gången, ett time-lapse levande cellavbildningssystem användes för att observera absorption och kontrollerad frisättning av läkemedlet doxorubicin (DOX) i levande bröstcancerceller, " säger Dr Risheng Wang, biträdande professor i kemi vid Missouri S&T.
Wang och hennes kollegor packade läkemedlet i tre olika DNA-"origami" - "de former vi medvetet skapar genom att sätta ihop strängar av DNA-molekyler till målstrukturer, " hon säger.
Wang är huvudutredare och författare till studien, "Time-lapse levande cellavbildning för att övervaka doxorubicinfrisättning från DNA-origami nanostrukturer, " publicerad av Royal Society of Chemistry den 21 mars, 2018, Journal of Materials Chemistry B, och finns på omslaget till detta nummer.
"Former spelar roll, ", säger Wang. "Optimeringen av formen och storleken på egenmonterade DNA-nanostrukturer laddade med läkemedel mot cancer kan göra det möjligt för dem att bära en större mängd av läkemedlen, gör dem mer effektiva."
Även om DOX är en av de mest effektiva och mest använda cellgifterna inom kemoterapi, dess nuvarande syntetiska leveranssätt innebär utmaningar, inklusive läkemedelsresistens av cancerceller, brist på selektiv leverans till rätt celler och negativa biverkningar, skriver författarna.
För att övervinna dessa utmaningar, nya material, som egenmonterat DNA, undersöks för att förbättra DOX:s leverans och minska biverkningar.
"Vi har utvecklat en ny bärare för tillförsel av cancerläkemedel från giftfria DNA-nanostrukturer som förutsäger terapeutiska förbättringar, ", säger Wang. "Dessa egenmonterade DNA-nanostrukturer skulle kunna fungera som en "osynlighetsmantel" för att smyga in läkemedel i cancerceller utan att upptäckas och pumpas ut av celler som redan har skapat läkemedelsresistens. Jämfört med syntetiska material för läkemedelstillförsel, DNA-nanostrukturer är biologiskt nedbrytbara och biokompatibla, och deras storlek, form och styvhet kan lätt manipuleras, vilka är funktionerna som nanobärare behöver."
För att testa deras egenmonterade DNA-origami, forskarna använde långvarig encellsavbildning, en avancerad teknik som ger en dynamisk profil av molekylär interaktion. Under en 72-timmarsperiod, de observerade effektiviteten av läkemedelsleverans i MDA-MB-231 levande bröstcancerceller från tre DNA-nanostrukturformer:ett flexibelt tvådimensionellt (2-D) kors, en flexibel tvådimensionell (2D) rektangel och en stel tredimensionell (3D) triangel.
"Våra resultat visar tydligt att läkemedelsleveranseffektiviteten beror på formen på DNA-nanostrukturer, "Wang säger." Vi fick veta att den stela 3-D DNA origami triangeln transporterade mer DOX i bröstcancer cellkärnor jämfört med de flexibla 2-D DNA strukturerna. "
"Denna studie ger inte bara vägledning för design av effektiva DNA-baserade läkemedelsleveransbärare, men lyser också på utvecklingen av säkra, multifunktionella bioverktyg för nästa generations diagnos och behandling av sjukdomar, " säger Wang. "Med rätt modifiering, detta system kan också vara lämpligt för leverans av icke-läkemedelssystem, såsom bioprober för avbildning och små störande RNA (siRNA) molekyler för genterapi. "
