文獻解讀：分層組裝的DNA線框納米結構，可用于癌癥高效成像和靶向治療
疏水小分子化療藥物的系統分布和非靶向細胞毒性導致副作用和療效降低，阻礙了其在癌癥治療中的廣泛應用。由于包括有機聚合物、無機納米顆粒、脂質體等藥物載體的快速發展，許多靶向給藥策略已經建立起來，以克服這些缺點。然而，這些合成材料的生物相容性低，降解性差和具有一定的免疫原性風險。大多數納米藥物載體，尤其是聚合物體系，總體分子量和大小難以控制，導致藥物與載體的比例不均，重現性低。靶向給藥的這些內在問題阻礙了其在醫學和臨床試驗中的廣泛應用。
由于DNA納米結構的尺寸和幾何形狀易于預先設計和構建，它們在生物傳感、生物成像、藥物控制釋放和智能納米醫學等領域得到了廣泛的應用。為了提高與靶細胞的接觸機會，三維DNA納米結構表現出更好的可調性和結合能力。DNA折紙被認為是DNA結構納米技術的重大突破，因為它可以輕松控制大小、形狀和3D幾何形狀。許多DNA折紙結構已經被開發用于多重有效載荷和刺激反應藥物釋放。然而，內源性核酸酶降解的不穩定性和數百個未使用的短鏈的高成本阻礙了DNA折紙轉化為臨床試驗。DNA多面體納米結構具有良好的可編程性、的尋址性和明確的空間定向性，為分子醫學作為藥物載體在理想位置功能化藥物提供了一個有前景的平臺。
DNA四面體和其他多面體骨架因其易于自組裝、高度耐核酸酶穩定性和良好的內化作用而被廣泛報道。通過利用這些因子，各種小分子藥物、反義寡核苷酸和siRNA被這些多面體納米結構裝載，以增強細胞攝取、治療效果和生物安全性。基于有限的可編程性和載藥能力不足的典型的DNA四面體（由四個ssDNA組成），譚蔚泓院士及其團隊在本文中報道了一個創新的納米結構的設計和應用：由DNA八面體線框和CA4（廣譜微管抑制劑）功能化的Sgc8c寡核苷酸適配子（CA4-FS）組成。多個CA4分子可以整合在一個核酸適配體功能化的八面體DNA納米載體中，為靶向癌癥治療提供了良好的CA4傳遞，可用于的癌癥成像和有效的靶向治療。
基本信息 題目： Hierarchical Fabrication of DNA Wireframe Nanoarchitectures for Efficient Cancer Imaging and Targeted Therapy 期刊：ACS Nano 影響因子：14.588 通訊作者：譚蔚泓，柯勇剛和王雪強為共同通訊作者 作者單位：湖南大學和美國埃默里大學 索萊寶合作產品： 產品名稱 產品貨號 ANNEXIN V- FITC/PI 凋亡檢測試劑盒 CA1020 摘 要 雖然小分子藥物在癌癥治療中起著至關重要的作用，但小分子藥物的固有問題，如溶解性差和系統性毒性，大大降低了它們的抗癌功能，并造成了副作用。為了達到令人滿意的治療效果，必須開發創新的靶向系統，以保證抗癌藥物、高效地遞送。在本研究中，作者采用分層自組裝策略來制備由DNA八面體線框和化學藥物功能化的Sgc8c適配體組成的核-殼納米結構。DNA納米結構的高滲透長滯留效應和Sgc8c適配體的主動靶向能力，使得高選擇性化療藥物遞送和體內高效成像和治療成為可能。作者的多功能納米結構的優勢進一步體現在其血清穩定性、優異的積累能力、深穿透能力、顯著提高的治療效果和良好的生物安全性。這項研究顯示了這種核-殼DNA納米結構在藥物裝載控制、藥物傳遞和個性化用藥方面的潛力。 研究內容及結果 1.DNA八面體線框的分層自組裝 作者首先獲得了單鏈CA4-FS，接下來通過分層自組裝策略構建了一個DNA八面體。采用可編程退火的方法，構建了6個四通連接DNA塊作為DNA八面體的頂點。然后DNA塊通過它們的單鏈結構域連接在一起，形成一個DNA八面體線框。優化了構建條件后，驗證了由DNA塊逐步組裝的DNA八面體（圖1a）。AFM成像證實了八面體的形態（圖1b）。為了證明藥物負載的可調性，作者構建了具有不同手柄數的DNA八面體用于與CA4-FS雜交。 圖1 這種DNA八面體的可尋址性和可預見性允許地裝載不同數量的單鏈CA4-FS。作為概念驗證，作者構建了半負載CA4-八面體（hCA4-Oct）和全負載CA4-Oct，并測定了負載效率（圖1c）。為了進一步驗證hCA4-Oct和CA4-Oct的可編程組裝，作者接下來分別用Cy3標記的Oct-12H、Cy3標記的Oct-24H和Cy5標記的CA4-FS研究了CA4-Oct的熒光共振能量轉移（FRET）效應。正如預期的那樣，hCA4-Oct和CA4-Oct均顯示出明顯的FRET信號。八面體水動力尺寸為17.0±1.1nm，功能Oct-12H和Oct-24H的水動力尺寸分別為24.9±3.0和26.5±3.4nm。hCA4-Oct的大小為29.5±3.2nm，CA4-Oct的大小為30.1±3.7nm（圖1d）。AFM成像也證實了hCA4-Oct和CA4-Oct的形成。這一結果表明CA4-FS指向DNA八面體核的外側，形成三層核-殼納米組裝體。上述結果證明了在DNA八面體上可以地裝載多個游離藥物分子。 2.細胞內化與腫瘤球體穿透 為了最大限度地負載CA4-FS，接下來的研究選擇了一個完全負載CA4修飾的DNA八面體。圖2a，b結果證明了通過修飾DNA納米結構上的適配體增強了細胞內化。競爭性阻斷實驗也支持了這一結論。CA4-Oct的位移大于CA4-FS。基于上述結果，作者推斷，內化增強的因素有：（i）識別單元增加（24
CA4-FS vs 1
CA4-FS）；（ii）八面體結構的剛度；（iii）提高CA4-Oct的穩定性。對于穩定性因子的重要作用，作者測試了CA4-Oct和CA4-FS在10%胎牛血清中的生物穩定性。8小時處理后，CA4-Oct保持不變，但55%的CA4-FS被降解。所以CA4-Oct的內化速率比CA4-FS的內化速率要快（圖2b）。CA4-Oct和CA4-FS在無FBS培養基中保持了相同的完整性，表現出了相同的時間依賴性內化速率，進一步說明了至關重要的穩定因子減緩了CA4-FS的時間依賴性內化。 為了研究細胞選擇性，作者還檢測了PTK7陰性的NCM460細胞（正常結直腸細胞系）。與NCM460細胞相比，CA4-Oct和CA4-FS對HCT116細胞的吸收更多（圖2c）。值得注意的是，與單鏈CA4-FS相比，CA4-Oct對HCT116細胞和NCM460細胞間CA4傳遞的細胞內化選擇性要大得多（圖2d）。可視化共聚焦成像也證實了上述發現。這些結果表明CA4-Oct比單鏈CA4-FS具有更多的細胞內化和選擇性。為研究CA4在實體腫瘤組織中的遞送深度，制備HCT116三維多細胞腫瘤球形體。與單鏈CA4-FS相比，CA4-Oct在腫瘤球狀體中心有更高的強度（圖2e）。這些發現支持了適配體殼由于其識別和結合作用而起主導作用的假說，以及DNA八面體核促進CA4-FS在腫瘤組織中的插入。 圖2
