"kooien" op nanoschaal, gemaakt van DNA-strengen, kunnen medicijnen met kleine moleculen inkapselen en vrijgeven als reactie op een specifieke stimulus, Onderzoekers van McGill University rapporteren in een nieuwe studie.

Het onderzoek, online gepubliceerd 1 september in Natuurchemie , markeert een stap in de richting van het gebruik van biologische nanostructuren om medicijnen te leveren aan zieke cellen bij patiënten. De bevindingen kunnen ook nieuwe mogelijkheden bieden voor het ontwerpen van op DNA gebaseerde nanomaterialen.

"Dit onderzoek is belangrijk voor de levering van medicijnen, maar ook voor fundamentele structurele biologie en nanotechnologie, " zegt McGill scheikunde professor Hanadi Sleiman, die het onderzoeksteam leidde.

DNA draagt ​​de genetische informatie van alle levende organismen van de ene generatie naar de volgende. Maar strengen van het materiaal kunnen ook worden gebruikt om structuren op nanometerschaal te bouwen. (Een nanometer is een miljardste van een meter - ongeveer een-100, 000ste van de diameter van een mensenhaar.)

In hun experimenten, de McGill-onderzoekers maakten eerst DNA-kubussen met behulp van korte DNA-strengen, en gemodificeerd ze met lipide-achtige moleculen. De lipiden kunnen werken als plakkerige plekken die samenkomen en een "handdruk" vormen in de DNA-kubus, het creëren van een kern die lading zoals medicijnmoleculen kan bevatten.

De McGill-onderzoekers ontdekten ook dat wanneer de plakkerige plekken op een van de buitenvlakken van de DNA-kubussen werden geplaatst, twee kubussen zouden aan elkaar kunnen hechten. Deze nieuwe manier van assembleren heeft overeenkomsten met de manier waarop eiwitten zich in hun functionele structuren vouwen, Sleiman merkt op. "Het opent een reeks nieuwe mogelijkheden voor het ontwerpen van op DNA gebaseerde nanomaterialen."

Het laboratorium van Sleiman heeft eerder aangetoond dat gouden nanodeeltjes kunnen worden geladen en vrijgegeven uit DNA-nanobuisjes, het verstrekken van een voorlopig proof of concept dat medicijnafgifte mogelijk zou kunnen zijn. Maar de nieuwe studie markeert de eerste keer dat kleine moleculen - die aanzienlijk kleiner zijn dan de gouden nanodeeltjes - op zo'n manier zijn gemanipuleerd met behulp van een DNA-nanostructuur, melden de onderzoekers.

DNA-nanostructuren hebben verschillende potentiële voordelen ten opzichte van de synthetische materialen die vaak worden gebruikt om medicijnen in het lichaam af te geven, zegt Thomas Edwardson, een McGill-promovendus en co-auteur van het nieuwe artikel. "DNA-structuren kunnen met grote precisie worden gebouwd, ze zijn biologisch afbreekbaar en hun grootte, vorm en eigenschappen kunnen eenvoudig worden afgestemd".

De DNA-kooien kunnen worden gemaakt om medicijnen af ​​te geven in de aanwezigheid van een specifieke nucleïnezuursequentie. "Veel zieke cellen, zoals kankercellen, bepaalde genen tot overexpressie brengen, Edwardson voegt eraan toe. "In een toekomstige toepassing, men kan zich een DNA-kubus voorstellen die drugslading naar de zieke celomgeving vervoert, waardoor het medicijn vrijkomt." De Sleiman-groep voert nu cel- en dierstudies uit om de levensvatbaarheid van deze methode op chronische lymfatische leukemie (CLL) en prostaatkanker te beoordelen, in samenwerking met onderzoekers van het Lady Davis Institute for Medical Research in het Joodse General Hospital in Montreal.