Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Framsteg inom nanoteknik har gjort det möjligt att tillverka strukturer av DNA för användning i biomedicinska tillämpningar som att leverera läkemedel eller skapa vacciner, men ny forskning på möss undersöker teknikens säkerhet.
Genom att använda en teknik som kallas DNA Origami (DO) – en process som går ut på att vika komplementära DNA-strängar till dubbla helixar om och om igen – kan forskare konstruera en mängd små enheter med komplexa former som kan injiceras i kroppen för att leverera mediciner eller utföra andra uppgifter. Men eftersom denna teknik fortfarande är relativt ny, har forskarna varit delade om huruvida nanostrukturer kan orsaka farliga immunsvar eller vara giftiga på andra sätt i djursystem.
Nu har ett team av forskare från Ohio State University tagit ett första steg mot att svara på den frågan. Studien, publicerad i tidskriften Small , fann att även om höga mängder av dessa DNA-enheter kan orsaka ett lätt immunsvar, är det inte tillräckligt markerat för att vara farligt. Deras resultat tyder också på att olika former kan vara mer gynnsamma för olika terapeutiska tillämpningar.
"DNA är otroligt när det gäller konstruktion och hur det kan manipuleras och designas för att bilda nanorobotar på ett mycket koordinerat sätt", säger Christopher Lucas, huvudförfattare till studien och forskare inom mekanisk och rymdteknik vid Ohio State . "Vi tror att denna teknik, som har en otrolig mängd potential, kan användas för att diagnostisera, behandla och förebygga sjukdomar."
För att testa om det kan göras säkert använde Lucas team möss för att jämföra biodistributionen och toxiciteten hos två distinkta nanostrukturer:en platt enkellagers 2D-triangel kallad "Tri" och en 3D-stavformad struktur som fick namnet " Häst." Under en period av 10 dagar fick cirka 60 honmöss kontinuerligt IV-injektioner av båda DO-strukturerna. Men för att verkligen testa säkerheten doserade forskarna upprepade gånger mössen i en koncentration 10 gånger högre än i tidigare studier.
Forskare såg visserligen att Tri och Horse skapade formberoende inflammatoriska svar, men eftersom svaret minskade med tiden visade de att immunreaktionen var relativt ofarlig i det långa loppet. "Det var ett blygsamt immunsvar, men det var inte giftigt för djuren", sa Lucas. "Att förstå det var verkligen nyckeln när vi går mot preklinisk utveckling och förbereder tekniken för läkemedelstillämpningar."
När experimentet avslutades samlade teamet också in och avbildade alla mössens huvudorgan, blod och urin för att spåra enhetens slutliga distribution i hela kroppen. Resultaten visade att båda typerna av nanostrukturer internaliserades av en mängd olika immunceller, men mängden DO som fortfarande lämnades kvar skilde sig på grund av deras ursprungliga koncentrationer och hur länge de genomsyrade kroppen. Eftersom de är biokompatibla råkar nanostrukturer också rensa kroppen relativt snabbt, sa Lucas. Och det är bra, särskilt om forskare vill säkerställa att dessa enheter kan användas för att endast rikta in sig på sjuka celler.
Men det är svårt att förutsäga vilka utmaningar andra typer av nanostrukturer kan stöta på i en människo- eller djurkropp.
"När du väl sätter in saker i ett biologiskt system finns det bara så mycket variation att ta hänsyn till", säger studiens medförfattare Carlos Castro, professor i mekanisk och rymdteknik.
När det gäller vad som händer härnäst, eftersom de har visat att tekniken inte är giftig för möss, vill teamet börja ladda enheterna med kemoterapiläkemedel och börja lära sig hur man använder enheterna för att effektivt rikta cancerceller i djur. "Vi skrapar bara på ytan", sa Castro. "Vi avslöjar en helt ny uppsättning intressanta frågor som vi kan gräva djupare i." + Utforska vidare
