00:00 
Обычные методы лечения рака, такие как химиотерапия, часто не обладают специфичностью и могут повредить как раковые, так и здоровые клетки, что приводит к серьезным побочным эффектам. Имея это в виду, исследователи из Индийского технологического института Гандинагара (IITGN) разработали наноструктуры ДНК, называемые тетраэдрами, и модифицировали их, присоединив молекулу, полученную из витамина Е, под названием сукцинат альфа-токоферола (?T), которая может нарушать жизненно важные функции внутри раковых клеток, одновременно действуя защитно на здоровые клетки. Включив ?T в тетраэдры ДНК, исследователи значительно увеличили клеточное поглощение и улучшили противораковую эффективность, что привело к более избирательному и эффективному уничтожению раковых клеток.
В основе этого исследования лежит многообещающий подход нанотехнологии ДНК, который включает в себя создание из ДНК строго контролируемых наноразмерных структур, способных нести лекарства, агенты визуализации или терапевтические молекулы. Используя программируемую самосборку ДНК, исследователи могут создавать наноразмерные архитектуры с четко определенным размером, формой и функциональностью. Среди этих наноструктур тетраэдры ДНК привлекли значительное внимание в качестве платформ для доставки лекарств из-за их структурной стабильности, биосовместимости, низкой иммуногенности и простоты функционализации. Однако, несмотря на эти преимущества, исследователи часто обнаруживают, что их терапевтический потенциал ограничен относительно неэффективной клеточной интернализацией и ограниченной внутриклеточной доставкой.
Что касается этих ограничений, результаты исследования были опубликованы в ACS Applied Bio Materials в статье под названием «Тетраэдр ДНК, конъюгированный с альфа-токоферолом, с повышенным клеточным поглощением и цитотоксичностью для лечения рака». Объясняя более широкое значение работы, соответствующий автор, профессор Дирадж Бхатия, доцент кафедры биологических наук и инженерии IITGN, сказал: «Что делает эту работу захватывающей, так это то, что мы начинаем видеть, как преднамеренный молекулярный дизайн может очень контролируемым образом влиять на биологическое поведение. Даже незначительные изменения на поверхностном уровне могут определять, как эти наноструктуры взаимодействуют с живыми системами, что открывает интересные возможности для того, как мы думаем о разработке будущих методов лечения».
Чтобы оценить, изменила ли ?T-модификация физико-химические свойства тетраэдров ДНК, исследователи использовали динамическое рассеяние света (DLS) — метод, при котором лазерный луч проходит через жидкий образец, содержащий наночастицы, и анализируются колебания рассеянного света по мере хаотического движения частиц в растворе. Это позволило исследователям измерить размер и характеристики поверхности наночастиц в растворе, предоставив представление об их стабильности, агрегационном поведении и потенциальных взаимодействиях с биологическими системами.
В ходе экспериментов на клеточных культурах по измерению клеточного поглощения и цитотоксичности, а также других механистических исследований исследователи обнаружили, что присоединение ?T значительно увеличивает клеточное поглощение тетраэдров ДНК, вероятно, из-за улучшения взаимодействия с жировым внешним слоем клеточной мембраны. Это было дополнительно подтверждено флуоресцентной визуализацией, которая предоставила визуальное подтверждение большего накопления модифицированных наноструктур в раковых клетках, чем в здоровых клетках, что указывает на преимущественное поглощение первыми. Оказавшись внутри, ?T-функционализированные тетраэдры ДНК запускают выработку активных форм кислорода (АФК), вызывая окислительный стресс и повреждение ДНК, белков и митохондрий. В конечном итоге это привело к запрограммированной гибели клеток — контролируемому процессу, при котором поврежденные или нездоровые клетки отключаются, чтобы предотвратить дальнейший вред организму.
Ведущий автор г-жа П. Читра, студентка магистратуры факультета биологических наук и инженерии, сказала: «Что меня особенно воодушевило, так это согласованность результатов в нескольких экспериментах. Наблюдение за тем, как концептуальный дизайн воплощается в измеримые биологические результаты, чрезвычайно полезно и мотивирует нас продолжать разработку более эффективных терапевтических стратегий на основе наномедицины».
Размышляя о более широком значении исследования, д-р Рагу Соланки, научный сотрудник факультета биологических наук и инженерии и соавтор работы, прокомментировал: «Одним из наиболее интересных аспектов этого исследования было наблюдение того, как простая модификация конструкции может существенно повлиять на поведение клеток и терапевтическую эффективность. Такие исследования подчеркивают огромный потенциал нанотехнологии ДНК и демонстрируют, как фундаментальные знания о взаимодействиях клетки и наноматериала могут способствовать разработке более безопасных и эффективных таргетных методов лечения рака».
Хотя эти результаты демонстрируют потенциал ?T-функционализированных тетраэдров ДНК в качестве целевых противораковых наноносителей, исследования в настоящее время ограничиваются лабораторными исследованиями.
