Una scoperta promettente per la terapia avanzata del cancro rivela che l'efficienza della somministrazione di farmaci nelle nanostrutture di DNA dipende dalle loro forme, affermano i ricercatori della Missouri University of Science and Technology e dell'Università del Kansas in un articolo scientifico pubblicato oggi.
"Per la prima volta, un sistema di imaging cellulare live time-lapse è stato utilizzato per osservare l'assorbimento e il rilascio controllato del farmaco doxorubicina (DOX) nelle cellule vive del cancro al seno, "dice il dottor Risheng Wang, assistente professore di chimica presso Missouri S&T.
Wang e i suoi colleghi hanno confezionato il farmaco in tre diversi "origami" di DNA:"le forme che creiamo deliberatamente assemblando filamenti di molecole di DNA in strutture bersaglio, " lei dice.
Wang è il ricercatore principale e autore dello studio, "Imaging time-lapse di cellule vive per monitorare il rilascio di doxorubicina da nanostrutture di origami di DNA, " pubblicato dalla Royal Society of Chemistry il 21 marzo, 2018, Journal of Materials Chemistry B, ed è apparso sulla copertina di questo numero.
"Le forme contano, ", afferma Wang. "L'ottimizzazione della forma e delle dimensioni delle nanostrutture di DNA autoassemblate caricate con farmaci antitumorali può consentire loro di trasportare una maggiore quantità di farmaci, rendendoli più efficaci".
Sebbene il DOX sia uno dei farmaci citotossici più efficaci e ampiamente utilizzati nella chemioterapia, le sue attuali modalità di consegna sintetiche presentano sfide, compresa la resistenza ai farmaci da parte delle cellule tumorali, mancanza di consegna selettiva alle cellule giuste ed effetti collaterali negativi, scrivono gli autori.
Per superare queste sfide, nuovi materiali, come il DNA autoassemblato, vengono esplorati per migliorare la consegna di DOX e ridurre gli effetti collaterali.
"Abbiamo sviluppato un nuovo vettore per la somministrazione di farmaci antitumorali da nanostrutture di DNA non tossiche che predice miglioramenti terapeutici, ", afferma Wang. "Queste nanostrutture di DNA autoassemblate potrebbero fungere da 'mantello dell'invisibilità' per introdurre farmaci nelle cellule tumorali senza essere rilevate e pompate dalle cellule che hanno già creato resistenza ai farmaci. Rispetto ai materiali sintetici per la somministrazione di farmaci, Le nanostrutture di DNA sono biodegradabili e biocompatibili, e la loro dimensione, la forma e la rigidità possono essere facilmente manipolate, quali sono le caratteristiche di cui hanno bisogno i nanovettori."
Per testare il loro DNA origami autoassemblato, i ricercatori hanno utilizzato l'imaging a cellula singola a lungo termine, una tecnica avanzata che fornisce un profilo dinamico di interazione molecolare. In un periodo di 72 ore, hanno osservato l'efficienza della somministrazione di farmaci nelle cellule di cancro al seno vivo MDA-MB-231 da tre forme di nanostrutture di DNA:una croce flessibile bidimensionale (2-D), un rettangolo bidimensionale flessibile (2-D) e un triangolo tridimensionale (3-D) rigido.
"I nostri risultati mostrano chiaramente che l'efficienza della somministrazione dei farmaci dipende dalla forma delle nanostrutture di DNA, " Dice Wang. "Abbiamo appreso che il triangolo origami di DNA 3-D rigido trasportava più DOX nei nuclei delle cellule del cancro al seno rispetto alle strutture di DNA 2-D flessibili".
"Questo studio non solo fornisce una guida per la progettazione di vettori efficienti per la somministrazione di farmaci a base di DNA, ma fa luce anche sullo sviluppo di sicurezza, bio-strumenti multifunzionali per la prossima generazione di diagnosi e trattamento delle malattie, " dice Wang. "Con le dovute modifiche, questo sistema può essere adatto anche per la consegna di sistemi non farmacologici, come le biosonde per l'imaging e le piccole molecole di RNA interferente (siRNA) per la terapia genica".
