Tóm tắt nghiên cứu

Một nhóm nghiên cứu bao gồm Giáo sư Nishikawa Motoya, Trợ lý Giáo sư Itakura Yoshiko, tỷ lệ kèo góc nhà cái Dược, Đại học tỷ lệ kèo góc nhà cái học Tokyo, Phó Giáo sư Kusam Cấu trúc và hoạt động của hydrogel (hydrogel DNA), dựa trên DNA và xác định các điều kiện cho các đơn vị DNA để chuẩn bị hydrogel DNA với khả năng sinh học cao Hơn nữa, từ các thí nghiệm sử dụng chuột, chúng tôi đã xác nhận rằng hydrogel DNA đã được điều chế trong nghiên cứu này duy trì giải phóng thuốc chống ung thư, do đó thể hiện tác dụng chống ung thư cao

hydrogel DNA đang thu hút sự chú ý như một vật liệu hệ thống phân phối thuốc (DDS) đầy hứa hẹn Giáo sư Nishikawa và những người khác trước đây đã công bố các bài báo thực nghiệm cho thấy hydrogel DNA rất hữu ích như các hệ thống phân phối kháng nguyên-dị ứng kết hợp các chức năng giải phóng bền vững và các hành động bổ trợ miễn dịch, tập trung vào tiềm năng của vật liệu DDS Tuy nhiên, sự cần thiết của nhiều axit nucleic tương đối dài để tạo thành cấu trúc nano DNA, là thành phần của hydrogel DNA, là một thách thức lớn đối với các ứng dụng lâm sàng

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã làm việc để giảm thiểu và tối ưu hóa cấu trúc nano DNA và chuẩn bị thành công một hydrogel DNA bao gồm hai loại axit nucleic ngắn Hydrogel đã phát triển ổn định về mặt cấu trúc và khi nó được sử dụng cho chuột mang ung thư với thuốc chống ung thư doxorubicin, nó đã xác nhận tác dụng chống ung thư cao

Nghiên cứu này là kết quả của việc đạt được tối thiểu hóa và tối ưu hóa các cấu trúc nano DNA, một đơn vị cấu thành của hydrogel DNA, được coi là hứa hẹn là DDS giải phóng thuốc và cung cấp các hướng dẫn mới cho thiết kế hydrogel DNA trong tương lai

Kết quả nghiên cứu này đã được công bố vào ngày 2 tháng 12 năm 2024Được xuất bản trực tuyến trong "Tạp chí phát hành được kiểm soát"đã được thực hiện

Bối cảnh nghiên cứu

Hydrogel là một vật liệu polyme có chứa một lượng lớn nước và được đặc trưng bởi cấu trúc mạng ba chiều Hydrogel mang nhiều chất hoạt động sinh lý, bao gồm các loại thuốc phân tử nhỏ, kháng nguyên và tế bào và có thể giải phóng chúng liên tục, khiến chúng thu hút sự chú ý như một chất mang phân phối thuốc phát hành bền vững DNA là một trong những vật liệu tạo nên các hydrogel này DNA được biết đến như một chất mang thông tin di truyền trong các sinh vật sống, nhưng nó là một vật liệu hấp dẫn như một vật liệu polymer vì nó có tính chất tương tác cụ thể và có chọn lọc với nhiều phân tử

Ưu điểm của việc sử dụng DNA làm vật liệu hydrogel là các tính chất hóa lý của nó có thể được lập trình tự do bằng cách chọn trình tự DNA thích hợp Những tiến bộ gần đây trong công nghệ nano DNA đã giúp hình thành một loạt các cấu trúc nano DNA và hydrogel, và các phương pháp sử dụng các dây chằng DNA đã được đề xuất Tuy nhiên, khi sử dụng các dây chằng DNA, có một vấn đề là có một lo ngại rằng các tác động bất ngờ đối với cơ thể sống có khả năng xảy ra

Axit nucleic có cấu trúc giống như polypod (polypodna) đã được phát triển để giải quyết vấn đề này Các axit nucleic cấu trúc đa loại có thể được xây dựng bằng cách sử dụng ba hoặc nhiều oligodeoxynucleotide được thiết kế sẵn (ODN) mà không sử dụng các dây chằng DNA và dự kiến ​​sẽ tương thích sinh học cao Tuy nhiên, việc chuẩn bị hydrogel DNA bằng phương pháp này có nhược điểm tiềm năng của việc yêu cầu nhiều loại ODN

Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã cố gắng giảm thiểu và tối ưu hóa các cấu trúc nano DNA đơn vị cấu thành với mục đích giảm chi phí chuẩn bị hydrogel DNA, độ khó thiết kế và nguy cơ các hiệu ứng ngoài mục tiêu phụ thuộc vào trình tự

Chi tiết kết quả nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, hydrogel DNA đã được điều chế bằng cách trộn hai loại nanounit DNA được hình thành với một loại ODN Hơn nữa, để giảm thiểu độ dài của ODN, chúng tôi đã thiết kế nhiều loại nanounit DNA bằng cách sử dụng ODN có độ dài khác nhau và đánh giá mối quan hệ giữa cấu trúc của chúng và các tính chất hydrogel như lưu giữ sau khi sử dụng sinh học và khám phá các điều kiện cho các hydrogel DNA phù hợp với các bản lưu trữ DNA

Do đó, chúng tôi đã quản lý để giảm thiểu ODN cần thiết để chuẩn bị hydrogel DNA (hai loại) và rút ngắn độ dài xuống 34 cơ sở Do số lượng ODN liên quan trực tiếp đến chi phí chuẩn bị của hydrogel DNA, nên dự kiến ​​rằng bằng cách làm cho nó có thể chuẩn bị chỉ với hai ODN ngắn, có thể dễ dàng sản xuất chúng với độ tinh khiết cao hơn và chi phí thấp hơn so với các phương pháp thông thường Hơn nữa, kích thước lưới nhỏ của hydrogel cho thấy rằng nó phù hợp để giải phóng các hợp chất được hỗ trợ bền vững

Trên thực tế, khi thuốc chống ung thư doxorubicin được thực hiện trên hydrogel DNA được điều chế bằng kỹ thuật này và dùng dưới da cho chuột mang ung thư, chúng tôi xác nhận rằng hiệu ứng chống cắt Hơn nữa, thời gian còn lại của hydrogel DNA được điều chế lần này dài hơn so với hydrogel DNA dựa trên axit nucleic cấu trúc đa năng, cho thấy tiềm năng cao là DDS giải phóng thuốc bền vững Hơn nữa, DNA hydrogel đã phát triển lần này không cho thấy bất kỳ tình trạng viêm đáng kể nào tại vị trí quản trị, cho thấy sự an toàn và dự kiến ​​sẽ được áp dụng trong tương lai

Giáo sư Nishikawa, người đã lãnh đạo nghiên cứu, cho biết, "từ các thí nghiệm sử dụng chuột, chúng tôi có thể chứng minh rằng hydrogel DNA giảm thiểu và tối ưu hóa là hữu ích khi các hệ thống phân phối có tính chất phát hành

*Nghiên cứu này được thực hiện với các khoản tài trợ từ Hiệp hội nghiên cứu Thúc đẩy tỷ lệ kèo góc nhà cái học (JSPS) của Nhật Bản (21K12691), Cơ quan nghiên cứu của Cơ quan tỷ lệ kèo góc nhà cái học và Công nghệ Nhật Bản (JST)

Thông tin giấy

Tên tạp chí

Tạp chí phát hành được kiểm soát

Tiêu đề giấy

114649_114789

tác giả

Jian Jin, Kosuke Kusamori, Takumi Tanifushi, Yoshifumi Yamagata, Shoko Itakura, Makiya Nishikawa

doi

101016/jjconrel202411052