Met de ontdekking van een RNA-nanoskelet dat ongewoon stabiel blijft in het lichaam, onderzoekers van de Universiteit van Cincinnati (UC) hebben een andere barrière voor de ontwikkeling van therapeutische RNA-nanotechnologie overwonnen.

Peixuan Guo, doctoraat, Dane en Mary Louise Miller bijzonder leerstoel en hoogleraar biomedische technologie, en zijn collega's van UC's College of Engineering and Applied Sciences rapporteren de constructie van een thermodynamisch stabiel RNA-nanodeeltje online in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie.

Het nanodeeltje, opgebouwd uit een three-way junction (3WJ) motief van verpakkende RNA (pRNA) moleculen, kan dienen als platform voor het bouwen van grotere, multifunctionele nanodeeltjes, zegt Guo, die vervolgens in het lichaam kunnen worden geïnjecteerd om therapieën aan gerichte cellen te leveren.

"RNA-nanodeeltjes hebben toepassingen bij de behandeling van kankers en virale infecties, " hij zegt, "maar een van de problemen in het veld is dat RNA-nanodeeltjes relatief onstabiel zijn. Zonder covalente bindingen of verknoping om ze bij elkaar te houden, de nanodeeltjes geproduceerd via zelfassemblage kunnen dissociëren wanneer ze worden geïnjecteerd in dierlijke en menselijke circulatiesystemen, waar ze in zeer lage concentraties voorkomen."

In productie, Guo en onderzoekers onderzochten de unieke structuur van de DNA-verpakkingsmotor van bacteriofaag phi29, een virus dat bacteriën infecteert. De motor wordt aangedreven door een ring van pRNA-moleculen die in elkaar grijpende lussen en spiraalvormige domeinen bevatten, die met elkaar verbonden zijn door een sterk 3WJ-motief.

"Het pRNA is buitengewoon sterk, " zegt Guo, "omdat het een mechanisch onderdeel is dat de natuur gebruikt om een ​​krachtige motor aan te drijven. Deze kracht maakt het een ideaal platform voor het construeren van RNA-nanodeeltjes. Bovendien, de kern heeft unieke en ongewoon stabiele eigenschappen, zoals weerstand tegen sterke denaturatiemiddelen zoals ureum en het vermogen blijft intact bij ultralage concentraties in afwezigheid van magnesium."

Met behulp van drie kleine fragmenten van RNA met hoge affiniteit voor assemblage in grotere structuren, onderzoekers waren in staat om de 3WJ-kern buiten de pRNA-structuur te recreëren. In aanvulling, elke arm van de 3WJ-kern kan worden gefuseerd met siRNA-moleculen, receptorbindende liganden en RNA-aptameren, moleculaire hulpmiddelen die nodig zijn voor het nanodeeltje om een ​​gerichte cel in het lichaam te vinden en genen erin tot zwijgen te brengen.

Het resulterende nanodeeltje bleef stabiel en functioneel in vitro en, wanneer geïntroduceerd in vivo, specifiek gericht op tumoren zonder te diffunderen naar andere kritieke organen of normale weefsels.

"Het maken van fusiecomplexen van DNA of RNA is niet moeilijk, " zegt Guo, "maar ervoor zorgen dat individuele modules binnen het complex op de juiste manier worden gevouwen om hun functie na fusie te behouden, is een moeilijke taak. De pRNA 3WJ-kern stuurt het vouwen van individuele functionele modules, en de stabiliteit van de 3WJ-kern zorgt ervoor dat elke fusiemodule opgevouwen blijft voor een goede werking."

Eerder dit jaar, Guo en zijn team hebben een ander obstakel voor RNA-nanotechnologie overwonnen, het risico van RNase, een algemeen enzym dat bij contact snel RNA afbreekt. Door een chemische groep in de ribosering van RNA te vervangen, Guo's team was in staat om het RNA resistent te maken tegen afbraak, met behoud van zijn vermogen om te assembleren tot nanodeeltjes en de juiste 3D-structuur en -functie te vormen.