Tutkijat ovat selvittäneet, kuinka lääke vapautuu sitä kuljettavasta dna-nanorakenteesta elimistöön.
Aalto-yliopiston, Jyväskylän yliopiston ja kahden saksalaisyliopiston tutkijoista koostuva ryhmä seurasi reaaliajassa sekä dna:n hajoamista että syöpälääke doksorubisiinin irtoamista rakenteesta.
Lääke sitoutuu dna-kaksoiskierteen emäsparien väliin.
”Saimme selvitettyä sekä nukleaasien aiheuttaman hajoamisen että lääkeaineen vapautumisen nopeusprofiilit tarkkailemalla dna:n ja lääkeaineen spektroskooppisten ominaisuuksien muuttumista prosessin aikana”, kertoo tutkimusta johtanut Aalto-yliopiston dosentti Veikko Linko.
”Tämä menetelmä mahdollisti nanorakenteiden käyttäytymisen seuraamisen niiden liikkuessa vapaasti nesteessä.”
(Kuva: Tutkimuksen kirjoittajat) 1) Dox-syöpälääkemolekyylit (punainen) ladataan dna-origamiin (sininen rusetti) interkalaatioksi kutsutun kemiallisen reaktion avulla. 2) Endonukleaasi (vihreä) aiheuttaa origamin hajoamisen. 3) Kun origami hajoaa lyhyiksi yksijuosteisiksi pätkiksi, lääkettä vapautuu ympäristöön.
Dna-rakenteet sopivat hyvin lääkeaineita kuljettavien nanokantajien rakennuspalikoiksi. Toistaiseksi tiedetään kuitenkin vain vähän siitä, miten ulkopuolista dna:ta pilkkovat endonukleaasit ja muut entsyymit hajottavat rakenteita verenkierrossa ja kudoksissa.
Tuoreen tutkimuksen tulokset on julkaistu Nucleic Acid Research -lehdessä.
Lääkeannoksen vapautumisnopeus säädeltävissä
Aiemmassa tutkimuksessaan ryhmä seurasi hajoamisprosessia yksittäisten pinnalle asemoitujen dna-rakenteiden tarkkuudella. Työkalunaan heillä oli nopea atomivoimamikroskooppi.
Tuolloin tutkijat havaitsivat, että dna-origamien rakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat niiden hajoamisnopeuteen ympäristössä, jossa on runsaasti endonukleaaseja.
Aallon tohtorikoulutettavan Heini Ijäksen mukaan vaikuttaa siltä, että pinnoilla ja liuoksessa tapahtuvat hajoamisprosessit poikkeavat toisistaan.
Kun tutkijat hyödynsivät tietoa molemmista prosesseista, he saattoivat analysoida, kuinka nukleaasit pilkkoisivat nanorakenteita esimerkiksi verenkierrossa.
Lisäksi he osoittivat, että lääkeaineen vapautumisprofiilit olivat vahvasti kytköksissä rakenteiden hajoamisprofiileihin.
”Dna-nanorakenteen muotoa tai geometriaa muokkaamalla saimme säädettyä lääkeannoksen vapautumisnopeutta”, Ijäs kertoo.
Askel kohti dna-pohjaisia biolääketieteen sovelluksia
Uudessa tutkimuksessa tarkasteltiin myös lääkkeen sitoutumista dna-rakenteisiin.
Tutkijat huomasivat tällöin, että valtaosa aiemmista tutkimuksista on yliarvioinut dna-rakenteeseen ladatun lääkkeen määrän.
Monissa julkaisuissa on käsitelty doksorubisiinia sisältävien dna-nanorakenteiden vaikutuksia syöpähoidoissa.
”Niissä on kuitenkin ollut pitkälti kyse vapaista yksittäisistä dox-molekyyleista tai molekyyliryppäistä eikä lääkkeillä ladatuista dna-rakenteista”, Ijäs sanoo.
”Tutkimuksemme on erittäin tärkeä turvallisempien ja tehokkaampien lääkeaineiden kulkeutumismekanismien kehittämisen kannalta ja siten myös askel kohti dna-pohjaisten biolääketieteellisten ratkaisujen soveltamista reaalimaailmaan.”
