La nanotecnologia del DNA, il campo di ricerca che utilizza le molecole di DNA come materiale da costruzione, si è sviluppata rapidamente negli ultimi anni e ha consentito la costruzione di nanostrutture sempre più complesse. nanostrutture di DNA, come l'origami del DNA, servire come base eccellente per applicazioni di somministrazione di farmaci basate su nanocarrier, ed esempi del loro uso nei trattamenti medici sono già stati dimostrati. Sebbene la stabilità di tali nanostrutture di DNA in condizioni fisiologiche possa essere migliorata, si sa poco della loro digestione da parte delle endonucleasi, quale, trovato ovunque nel nostro sangue e nei tessuti, sono responsabili della distruzione del DNA estraneo nei nostri corpi.

Per affrontare questa domanda emergente, un team di ricercatori della Aalto University (Finlandia), l'Università di Jyväskylä (Finlandia), Ludwig-Maximilian-Universität München (Germania) e Universität Paderborn (Germania) hanno trovato un modo per studiare in tempo reale la digestione guidata da endonucleasi di nanostrutture di DNA caricate con farmaci.

I precedenti esperimenti dei ricercatori hanno utilizzato la microscopia a forza atomica ad alta velocità per dimostrare che il design degli origami del DNA gioca un ruolo nella velocità con cui si rompono in un ambiente ricco di endonucleasi. Sebbene possano seguire il processo di digestione a livello di singola struttura, l'approccio è stato limitato a forme di origami di DNA bidimensionali depositate su un substrato di microscopio.

Ora il gruppo ha monitorato la degradazione del DNA e il successivo rilascio del farmaco antitumorale doxorubicina (Dox) dalle strutture del DNA. I legami farmacologici tra le coppie di basi del DNA.

"Abbiamo osservato sia la digestione che i profili di rilascio del farmaco poiché il farmaco viene rilasciato dopo la frammentazione del DNA da parte delle nucleasi, e soprattutto, in fase di soluzione. Con questo metodo possiamo effettivamente vedere il comportamento collettivo di tutte le nanostrutture quando galleggiano liberamente in un liquido, " afferma il professore a contratto Veikko Linko dell'Università di Aalto, che ha condotto lo studio.

"Sembra che la digestione avvenga in modo diverso sui substrati e in soluzione, e combinando questi due tipi di informazioni, possiamo capire meglio come le nanostrutture vengono digerite dalle nucleasi nel flusso sanguigno. Inoltre, abbiamo mostrato che i profili di rilascio del farmaco erano strettamente legati ai profili di digestione, e un'ampia gamma di dosi di farmaci potrebbe essere ottenuta semplicemente modificando la forma o la geometria della nanostruttura del DNA, " spiega il dottorando Heini Ijäs, l'autore principale della ricerca.

Mentre il team ha studiato in dettaglio il legame di Dox alle strutture del DNA, hanno scoperto che la maggior parte degli studi precedenti ha ampiamente sopravvalutato la capacità di carico di Dox degli origami del DNA.

"Gli effetti antitumorali delle nanostrutture di DNA dotate di Dox sono stati riportati in molte pubblicazioni, ma sembra che questi effetti possano essere stati causati principalmente da molecole Dox libere o aggregate, non dai motivi del DNA carichi di droga. Riteniamo che questo tipo di informazioni sia fondamentale per lo sviluppo di sistemi di somministrazione dei farmaci sicuri e più efficaci, e ci avvicina di un passo alle applicazioni biomediche basate sul DNA del mondo reale, "dice Ijas.