Een veelbelovende ontdekking voor geavanceerde kankertherapie onthult dat de efficiëntie van medicijnafgifte in DNA-nanostructuren afhangt van hun vorm, zeggen onderzoekers van de Missouri University of Science and Technology en de University of Kansas in een wetenschappelijk artikel dat vandaag is gepubliceerd.

"Voor de eerste keer, een time-lapse live-celbeeldvormingssysteem werd gebruikt om de absorptie en gecontroleerde afgifte van het medicijn doxorubicine (DOX) in levende borstkankercellen te observeren, " zegt Dr. Risheng Wang, assistent-professor scheikunde aan de Missouri S&T.

Wang en haar collega's stopten het medicijn in drie verschillende DNA-"origami" - "de vormen die we opzettelijk creëren door strengen DNA-moleculen samen te voegen tot doelstructuren, " ze zegt.

Wang is de hoofdonderzoeker en auteur van de studie, "Time-lapse live-celbeeldvorming om de afgifte van doxorubicine uit DNA-origami-nanostructuren te volgen, " gepubliceerd door de Royal Society of Chemistry op 21 maart, 2018, Tijdschrift voor materiaalchemie B, en stond op de omslag van dit nummer.

"Vorm is belangrijk, ", zegt Wang. "De optimalisatie van de vorm en grootte van zelf-geassembleerde DNA-nanostructuren geladen met geneesmiddelen tegen kanker kan hen in staat stellen een grotere hoeveelheid van de medicijnen te dragen, waardoor ze effectiever zijn."

Hoewel DOX een van de meest effectieve en meest gebruikte cytotoxische geneesmiddelen is bij chemotherapie, de huidige synthetische leveringswijzen bieden uitdagingen, waaronder resistentie tegen geneesmiddelen door kankercellen, gebrek aan selectieve levering aan de juiste cellen en nadelige bijwerkingen, schrijven de auteurs.

Om deze uitdagingen te overwinnen, nieuwe materialen, zoals zelf-geassembleerd DNA, worden onderzocht om de levering van DOX te verbeteren en bijwerkingen te verminderen.

"We hebben een nieuwe drager voor de afgifte van kankermedicijnen ontwikkeld op basis van niet-toxische DNA-nanostructuren die therapeutische verbeteringen voorspelt, ", zegt Wang. "Deze zelf-geassembleerde DNA-nanostructuren zouden kunnen dienen als een 'onzichtbaarheidsmantel' om medicijnen in kankercellen te sluipen zonder te worden gedetecteerd en weggepompt door cellen die al resistentie tegen geneesmiddelen hebben gecreëerd. Vergeleken met synthetische materialen voor medicijnafgifte, DNA-nanostructuren zijn biologisch afbreekbaar en biocompatibel, en hun grootte, vorm en stijfheid kunnen gemakkelijk worden gemanipuleerd, dat zijn de functies die nanocarriers nodig hebben."

Om hun zelf-geassembleerde DNA-origami te testen, de onderzoekers gebruikten lange-termijn eencellige beeldvorming, een geavanceerde techniek die een dynamisch profiel van moleculaire interactie biedt. Over een periode van 72 uur, ze observeerden de efficiëntie van medicijnafgifte in de MDA-MB-231 levende borstkankercellen van drie DNA-nanostructuurvormen:een flexibel tweedimensionaal (2-D) kruis, een flexibele tweedimensionale (2-D) rechthoek en een stijve driedimensionale (3-D) driehoek.

"Onze resultaten laten duidelijk zien dat de efficiëntie van medicijnafgifte afhangt van de vorm van DNA-nanostructuren, " Zegt Wang. "We hebben geleerd dat de stijve 3D-DNA-origamidriehoek meer DOX vervoerde in de kernen van borstkankercellen in vergelijking met de flexibele 2D-DNA-structuren."

"Deze studie biedt niet alleen richtlijnen voor het ontwerp van efficiënte op DNA gebaseerde dragers voor medicijnafgifte, maar werpt ook licht op de ontwikkeling van veilige, multifunctionele biotools voor de volgende generatie van diagnose en behandeling van ziekten, ", zegt Wang. "Met de juiste aanpassing, dit systeem kan ook geschikt zijn voor toediening van niet-medicamenteuze systemen, zoals bioprobes voor beeldvorming en kleine interfererende RNA (siRNA) moleculen voor gentherapie."