DNA“特洛伊木马”走私毒品到耐药癌细胞

俄亥俄州立大学的研究人员正在研究一种新的方法来治疗耐药肿瘤古希腊人会批准的这不是一个特洛伊木马,但DNA隐藏入侵力量。在这种情况下,入侵的力量是一种常见的抗癌药物。在实验室测试中,白血病细胞对药物产生耐药性,死于药物吸收被隐藏在一个胶囊由DNA折叠起来。

之前,其他的研究小组使用相同的包装技术,被称为“DNA折纸,”衬托实体肿瘤的耐药性。这是研究者们第一次表明,相同的技术适用于耐药白血病细胞。研究人员已经开始测试胶囊对小鼠,并希望继续在几年内人类癌症试验。他们早期的研究结果发表在《小。

这项研究涉及急性髓系白血病(AML)的临床前模型,开发了抵抗药物道诺霉素。具体来说,当道诺霉素分子进入一个AML细胞,细胞识别泵他们通过细胞壁中的空缺。这种抵抗机制研究的合著者俄亥俄州立大学的约翰·伯德瓦克斯纳医疗中心相比,从地下室污水泵,打水。

他和卡洛斯·卡斯特罗机械工程助理教授,领导一个协作关注藏道诺霉素一种分子内特洛伊木马可以绕过泵所以不能排出细胞的药物。

“癌细胞有新颖的方式抵制毒品,这些泵,和令人兴奋的部分包装药物通过这种方式,我们可以绕过这些防御,所以药物积累在癌症细胞,导致它死亡,”伯德说,内科医学教授和血液学部门的主任。“可能,我们也可以定制这些结构使其有选择性地将药物输送癌细胞,而不是身体的其他部位,在那里他们可以导致副作用。”

“DNA折纸纳米结构有很多潜在的药物输送,不仅使有效的药物运载工具,但是启用新的方法来研究药物输送。例如,我们可以改变形状或机械结构的刚度非常精确,看看影响进入细胞,”卡斯特罗说,纳米工程实验室主任和生物设计。

旋转视图的一个耐药白血病细胞,吸收之后DNA纳米结构。荧光标记表明,纳米结构已深入到细胞,细胞器,消化他们。图像由马修·韦伯,俄亥俄州立大学的礼貌。在测试中,研究人员发现,AML细胞,此前道诺霉素阻力,有效地吸收药物分子时隐藏在小杆状胶囊制成的DNA。在显微镜下,研究者追踪细胞内的胶囊用荧光标记。

每个胶囊措施大约15纳米宽,小于100纳米他们100倍的癌细胞旨在渗透。有四个中空的,开放式的室内隔间,它看起来更像是一个药丸人类将吞下,而更像是一个细长的煤渣砖。博士后研究员克里斯托弗·卢卡斯说,设计最大化可用的表面积携带毒品。“道诺霉素的工作方式是它卷起成癌细胞的DNA,防止复制。所以我们设计了一个胶囊结构会有很多访问DNA碱基对大吃。胶囊分解时,药物分子的释放洪水细胞。”

卡斯特罗的强大和稳定的团队设计的胶囊,这样他们不会完全分解并释放大量细胞的药物,直到为时已晚吐回出来。在这张图像中,延时耐药白血病细胞发光和荧光标记包含药物道诺霉素的吸收DNA纳米结构。在15小时后吸收的纳米结构,细胞开始分解(左下)从一开始。图像由帕特里克·哈雷,俄亥俄州立大学的礼貌。这就是他们看到胶囊与荧光显微镜下细胞吸引到细胞器正常消化他们,如果他们的食物。胶囊破裂时,毒品泛滥造成的细胞和瓦解。大多数细胞死后第一个15小时内消耗胶囊。

这项工作是第一个为工程师在卡斯特罗的实验室开发的医学应用DNA折纸结构建筑。虽然DNA通常被称为“生命的基石,”工程师今天使用天然和合成DNA字面机械装置的构建块。以前,美国俄亥俄州立工程师创建小铰链和活塞的DNA。

卡斯特罗指出,DNA是一个天然polymer-albeit——他和他的同事们塑造成小设备,工具或容器利用基地的物理相互作用构成的聚合物链。他们从DNA序列构建链,自然会吸引彼此和绑定,在某些方面,这长时间长的聚合物自动折叠,或“自组装”,到有用的形状。

特洛伊木马的DNA,研究人员使用一个共同的噬菌体的基因组,感染细菌的病毒,设计和合成链折叠噬菌体的DNA。虽然折叠起来的太阳形状执行一个函数,DNA本身并不解释帕特里克·哈雷一个工程研究生是谁做这项工作来赚取他的硕士学位。

“最难的事情之一在当你介绍这项技术的人的DNA胶囊并不做任何事除了形状。它只是一个静态的,刚性结构,携带的东西。它不编码蛋白质或做其他事情,我们通常认为的DNA做,“哈雷说。

符合DNA折纸制造业的想法,卡斯特罗说,他希望建立一个精简和经济上可行的过程构建胶囊和其他形状作为操作的模块化药物输送系统的一部分。

伯德说,这项技术应该有可能工作在大多数任何形式的耐药癌症如果进一步研究显示动物模型可以有效地翻译,但他并未暗示,它将工作对病原体如细菌、耐药机制可能不同。

在纸上其他作者还有艾米丽·威廉姆斯,马修·韦伯兰迪•巴顿Comert Kural和大卫·卢卡斯。研究经费来自启动资金提供给卡斯特罗的机械和航空航天工程,白血病和淋巴瘤协会,美国国家癌症研究所,d·沃伦布朗基金会四风基金会和哈利t Mangurian Jr .)的基础。