I ricercatori dell'Università di Jyväskylä e dell'Università di Aalto in Finlandia hanno sviluppato una nanostruttura di DNA personalizzata in grado di svolgere un compito predefinito in condizioni simili al corpo umano. Fare così, il team ha costruito un vettore simile a una capsula che si apre e si chiude in base al livello di pH della soluzione circostante. La nanocapsula può essere caricata o imballata con una varietà di carichi, chiusa per la consegna e riaperta attraverso un leggero aumento del pH.

La funzione della nanocapsula di DNA si basa su residui di DNA sensibili al pH.

Per far sì che ciò accada, il team ha progettato una struttura di origami di DNA simile a una capsula funzionalizzata con filamenti di DNA sensibili al pH. Tali nanodesign dinamici di DNA sono spesso controllati dal semplice legame a idrogeno di due sequenze di DNA complementari. Qui, una metà della capsula era dotata di specifici domini di DNA a doppio filamento che potrebbero ulteriormente formare una tripla elica del DNA, in altre parole una struttura elicoidale composta da tre, non solo due molecole di DNA, legandosi a un opportuno DNA a singolo filamento nell'altra metà.

"La formazione del triplex può avvenire solo quando il pH circostante della soluzione è corretto. Chiamiamo "latch del pH" questi filamenti sensibili al pH, ' perché quando i fili interagiscono, funzionano in modo simile alle loro controparti macroscopiche e bloccano la capsula in uno stato chiuso. Abbiamo incluso più motivi nel nostro design della capsula per facilitare l'apertura/chiusura della capsula in base al comportamento cooperativo dei fermi. L'apertura della capsula è in realtà molto rapida e richiede solo un leggero aumento del pH della soluzione, " spiega il primo autore dello studio, dottorando Heini Ijäs del Nanoscience Center dell'Università di Jyvaskyla..

Nanoparticelle ed enzimi potrebbero essere caricati e incapsulati all'interno delle capsule

Per sfruttare le nanocapsule per il trasporto di carichi molecolari o sostanze terapeutiche, il team ha progettato la capsula con una cavità che potrebbe ospitare materiali diversi. Hanno dimostrato che sia le nanoparticelle d'oro che gli enzimi possono essere caricati (pH alto) e incapsulati all'interno delle capsule (pH basso) e nuovamente visualizzati (pH alto). Monitorando l'attività enzimatica, i ricercatori hanno scoperto che il carico è rimasto perfettamente funzionante nel corso del processo.

"La cosa più intrigante delle capsule DNA origami è che la soglia del pH a cui avviene l'apertura e la chiusura è completamente regolabile selezionando le sequenze di base dei latch del pH. Abbiamo progettato la soglia del pH per essere 7,2-7,3, vicino al pH del sangue. Nel futuro, questo tipo di trasportatore di farmaci potrebbe essere ottimizzato per aprirsi selettivamente all'interno di cellule tumorali specifiche, che possono mantenere un pH più alto di quelli normali sani, "dice Veikko Linko, Professore a contratto presso l'Università di Aalto.

Ulteriore, le capsule sono rimaste funzionali alle concentrazioni fisiologiche di magnesio e sodio, e nel 10% di plasma sanguigno, e può continuare a farlo a concentrazioni plasmatiche ancora più elevate. Insieme, questi risultati aiutano a spianare la strada allo sviluppo di veicoli intelligenti e completamente programmabili per la somministrazione di farmaci per la nanomedicina.