Исследователи из Токийского научно-технического университета объявили о значительном прогрессе в здравоохранении: аннонсировано использование наноструктур ДНК в форме Такуми, образующие гидрогели для пролонгированной доставки лекарств.
Опубликованное в издании Journal of Controlled Release (doi.org/10.1016/j.jconrel.2024.11.052) исследование под руководством профессора Макия Нисикавы (Makiya Nishikawa), решает проблемы традиционных систем доставки лекарств, сводя к минимуму сложность и побочные эффекты, одновременно повышая биосовместимость.
Гидрогели, полимерные вещества, удерживающие большие объемы воды в трехмерной сети, служат эффективными носителями лекарств, инкапсулируя биоактивные агенты для пролонгированного высвобождения. Команда использовала ДНК из-за ее настраиваемых физико-химических свойств. Традиционные методы с использованием ДНК-лигазы сталкиваются с ограничениями, такими как аллергические реакции и сложные процедуры введения. Чтобы решить эти проблемы, команда разработала «полиподну» - полиподоподобную наноструктуру из олигодезоксинуклеотидов (ОДН) - коротких последовательностей ДНК с частично комплементарными последовательностями. Эти структуры создают гидрогели, которые реформируются в месте инъекции, избегая ДНК-лигазы. Предыдущие решения требовали много ОДН, что увеличивало затраты и побочные эффекты. Исследователи представили минимальную ДНК-единицу в форме Такуми, сократив ОДН до двух, чтобы оптимизировать и миниатюризировать наноструктуры ДНК для сборки гидрогеля, решая проблемы стабильности и времени удержания.
Форма Такуми использует палиндромные отростки длиной от восьми до восемнадцати нуклеотидов, прикрепленные к двум когезионным компонентам через тиминовый спейсер. Эксперименты показали, что ОДН с длиной остова от двенадцати нуклеотидов и более имеют решающее значение для образования гидрогеля. Когезионные части проявляли оптимальное поведение при длине десять нуклеотидов, улучшая гибридизацию и термическую стабильность.
*In vivo* эксперименты с гидрогелями ДНК, интеркалированными доксорубицином (вставленным между слоями молекул в геле), у мышей выявили удержание, превышающее 168 часов после введения. Это коррелировало с повышенной противоопухолевой эффективностью из-за контролируемого высвобождения лекарства.
Профессор Нисикава отметил, что оптимизированный ДНК-гидрогель на основе ОДН с длиной остова в 12 нуклеотидов и когезионной частью 10 нуклеотидов показал более устойчивое удержание, чем гидрогели на основе гексаподна [шестиногая ДНК] у мышей. Это подчеркивает потенциал для формирования целевых иммунных ответов, позиционируя гидрогели ДНК в форме Такуми как эффективные системы доставки антигенов.
Помимо онкологии, исследование открывает путь для биомедицинских применений, используя биосовместимость и эффективность ДНК. Благодаря минимальной сборке единиц ДНК исследование решает проблему спроса на передовые системы доставки, укрепляя потенциал гидрогелей на основе ДНК в терапевтических стратегиях.