Takumi-förmige DNA-Nanostrukturen: Ein Sprung nach vorn bei der nachhaltigen Medikamentenverabreichung

Forscher der Tokyo University of Science haben einen bedeutenden Fortschritt im Gesundheitswesen vorgestellt: Takumi-förmige DNA-Nanostrukturen, die Hydrogele für eine nachhaltige Medikamentenverabreichung bilden. Die im Journal of Controlled Release (doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.11.052) veröffentlichte Studie unter der Leitung von Professor Makiya Nishikawa befasst sich mit den Herausforderungen herkömmlicher Medikamentenverabreichungssysteme, indem sie die Komplexität und die Nebenwirkungen minimiert und gleichzeitig die Biokompatibilität verbessert. Hydrogele, polymere Substanzen, die große Wassermengen in einem dreidimensionalen Netzwerk halten, dienen als wirksame Medikamententräger, indem sie bioaktive Substanzen zur verlängerten Freisetzung einkapseln. Das Team verwendete DNA aufgrund ihrer anpassbaren physikalisch-chemischen Eigenschaften. Traditionelle Methoden mit DNA-Ligase sind mit Einschränkungen wie allergischen Reaktionen und komplexen Verabreichungsverfahren verbunden. Um diese Probleme zu überwinden, entwickelte das Team 'Polypodna' [Polypod-förmige DNA], eine Polypod-ähnliche Nanostruktur aus Oligodeoxynukleotiden (ODNs) [kurze DNA-Sequenzen] mit teilweise komplementären Sequenzen. Diese Strukturen erzeugen Hydrogele, die sich an der Injektionsstelle neu bilden, wodurch DNA-Ligase vermieden wird. Frühere Modelle benötigten viele ODNs, was die Kosten und die Off-Target-Effekte erhöhte. Die Forscher führten eine Takumi-förmige DNA-Einheit ein, die die Anzahl der ODNs auf zwei reduzierte, um DNA-Nanostrukturen für die Hydrogel-Assemblierung zu optimieren und zu miniaturisieren und gleichzeitig Stabilität und Verweilzeit zu berücksichtigen. Die Takumi-Form verwendet acht bis achtzehn Nukleotid-lange palindromische Stämme [DNA-Sequenzen, die vorwärts wie rückwärts gelesen werden], die über einen Thymidin-Spacer [ein DNA-Abschnitt] an zwei zusammenhängende Komponenten angehängt sind. Experimente zeigten, dass ODNs mit Stammlängen von zwölf Nukleotiden oder länger für die Hydrogelbildung entscheidend waren. Kohäsive Teile zeigten ein optimales Verhalten bei einer Länge von zehn Nukleotiden, was die Hybridisierung und die thermische Stabilität verbesserte. *In-vivo* [innerhalb eines lebenden Organismus] Experimente mit Doxorubicin-interkalierten [zwischen Schichten eingefügten] DNA-Hydrogelen in Mäusen zeigten eine Retention von mehr als 168 Stunden nach der Verabreichung. Dies korrelierte mit einer erhöhten Antitumorwirksamkeit aufgrund der kontrollierten Freisetzung des Medikaments. Professor Nishikawa stellte fest, dass das optimierte DNA-Hydrogel mit '12s-(T-10c)' [ein ODN mit einer Stammlänge von 12 Nukleotiden und einem kohäsiven Teil von 10 Nukleotiden] eine nachhaltigere Retention zeigte als Hexapodna-basierte [sechsbeinige DNA] Hydrogele in Mäusen. Dies unterstreicht das Potenzial bei gezielten Immunantworten und positioniert Takumi-förmige DNA-Hydrogele als wirksame Antigenabgabesysteme. Über die Onkologie hinaus ebnet die Studie den Weg für biomedizinische Anwendungen, die die Biokompatibilität und Wirksamkeit von DNA nutzen. Mit minimaler DNA-Einheiten-Assemblierung befasst sich die Studie mit der Nachfrage nach fortschrittlichen Abgabesystemen und stärkt das Potenzial von DNA-basierten Hydrogelen in therapeutischen Strategien.