Наноразмерные полости, образованные модифицированными липидами цепочками ДНК, могут нести низкомолекулярные соединения с терапевтическими свойствами и высвобождать их в ответ на специфический стимул, сообщают ученые Университета Макгилла (McGill University), Канада.

Исследование, опубликованное он-лайн в журнале Nature Chemistry, является значительным шагом вперед на пути к использованию биологических наноструктур для доставки в клетки лекарственных препаратов. Кроме того, полученные канадскими исследователями результаты открывают новые возможности в разработке основанных на ДНК наноматериалов.

«Это исследование важно не только для доставки лекарств, но и для фундаментальной структурной биологии и нанотехнологий», – считает его руководитель профессор химии McGill Ханади Слейман (Hanadi Sleiman).

Молекула ДНК кодирует передаваемую из поколения в поколение генетическую информацию всех живых организмов. Но цепочки этого биополимера могут быть использованы и для создания нанометровых структур.

Канадские ученые создали ДНК-кубики из коротких цепочек ДНК, модифицированных липидоподобными молекулами. «Липкие» липиды собираются вместе внутри кубика и взаимодействуют, создавая ядро, которое может содержать полезный груз, например, низкомолекулярные соединения с терапевтическими свойствами. Кроме того, если липкие липидные «пластыри» связаны с одной из наружных плоскостей ДНК-кубика, два таких кубика притягиваются друг к другу. Как отмечает профессор Слейман, новый способ сборки имеет сходство с тем, как сворачиваются в свои функциональные структуры молекулы белков. Это открывает целый ряд новых возможностей в создании наноматериалов на основе ДНК, считает ученый.

Ранее лаборатория Слейман уже показала, что наноструктуры на основе ДНК (тогда это были ДНК-нанотрубки) можно загрузить наночастицами золота, которые высвобождаются из них в ответ на определенный стимул. Целью этих экспериментов была предварительная проверка состоятельности самой концепции такого способа доставки лекарств. Но новое исследование впервые показало, что с ДНК-наноструктурами можно использовать и низкомолекулярные соединения, молекулы которых значительно меньше наночастиц золота.

Полость, образованная цепочками ДНК, модифицированными липидоподобными молекулами (показаны синим) (слева). Липиды взаимодействуют
друг с другом в ДНК-полости (в центре), инкапсулируя низкомолекулярные препараты (показаны фиолетовым). В ответ на присутствие специфических последовательностей
нуклеиновых кислот происходит высвобождение малых молекул (справа). (Фото: Thomas Edwardson, McGill University)

«ДНК-наноструктуры обладают несколькими потенциальными преимуществами перед синтетическими материалами, часто используемыми для доставки лекарств», – говорит соавтор статьи о новой разработке Томас Эдвардсон (Thomas Edwardson). «ДНК-структуры могут быть созданы с большой точностью, они биоразлагаемы, а их размер, форму и свойства можно легко настроить».

Триггером высвобождения ДНК-кубиками своего лекарственного груза может быть присутствие определенных последовательностей нуклеиновой кислоты.

«Во многих больных клетках, например, раковых, повышена экспрессия определенных генов», – добавляет доктор Эдвардсон. «Можно представить себе будущее использование ДНК-куба в качестве средства доставки лекарственного препарата в больную клетку, внутренняя среда которой сама вызовет его высвобождение».

В настоящее время, в сотрудничестве с учеными из Медицинского научно-исследовательского института леди Дэвис (Lady Davis Institute for Medical Research) при монреальской Общей еврейской больнице (Jewish General Hospital), группа профессора Слейман проводит эксперименты на клетках и животных, чтобы оценить перспективность этого метода при хроническом лимфолейкозе и раке предстательной железы.

Оригинальная статья в Nature Chemistry Site-specific positioning of dendritic alkyl chains on DNA cages enables their geometry-dependent self-assembly