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羅馬大學(xué)Francesco Ricci及蒙特利爾大學(xué)研究團隊設(shè)計了一項基于DNA的納米載藥機器，可在特定的抗體觸發(fā)下精確釋放藥物。這將提高藥物的效率，降低藥物毒性。

羅馬大學(xué)（University of Rome）Francesco Ricci及蒙特利爾大學(xué)研究團隊設(shè)計了一項基于DNA的納米載藥機器，尺寸約為人類頭發(fā)的1/20000，一旦由特定的抗體觸發(fā)，該納米機器就會在特定位置釋放藥物，就像彈弓，一觸即發(fā)。該文章發(fā)表在《Nature Communications》上。

納米載藥機由合成DNA鏈（圖1 黑色）組成，DNA鏈通過Watson-Crick堿基配對和Hoogsteen相互作用裝載藥物（圖1 藍色），形成一種鉗形結(jié)構(gòu)，鉗形結(jié)構(gòu)兩端與一對抗原共軛（圖1 綠色），一旦抗體（圖1 黃色）與抗原結(jié)合，三鏈復(fù)合物的穩(wěn)定性降低，經(jīng)過一系列復(fù)雜的構(gòu)象變化，藥物便從DNA鏈中釋放。羅馬大學(xué)化學(xué)系副教授Francesco Ricci說：“這種納米載藥機器最顯著的功能就是它只能通過特定的抗體觸發(fā)。通過改變兩端的抗原，它可以響應(yīng)各種抗體，并釋放藥物?！?/p>

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圖1 抗體驅(qū)動的DNA納米載藥機器的工作原理

該分子載藥機器在除了可以實現(xiàn)地高辛抗體響應(yīng)（圖2 a），還可實現(xiàn)對DNP抗體響應(yīng)（圖2 f）。而且通過調(diào)節(jié)抗體的濃度可以精確控制藥物釋放量（圖2 b & c; g & h），即便是在90%牛血清中培養(yǎng)，也能實現(xiàn)藥物的高特異性和高效率釋放（圖2 d & I 橙色）。通過向溶液中循環(huán)加入抗體/抗原發(fā)現(xiàn)，DNA納米載藥機器可以可逆的加載或釋放分子藥物(圖2 e & j)。同時它們可以特異性的響應(yīng)目標(biāo)抗體，相互沒有干擾（圖2 k）。分子載藥機器釋放的分子藥物還能通過Toehold介導(dǎo)DNA鏈的置換反應(yīng)（圖2 1）。該效應(yīng)具有特異性，在添加非特異性抗體時沒有觀察到鏈置換的現(xiàn)象。

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圖2 DNA納米載藥機器對抗體響應(yīng)性

上述方法也具有一定的局限性，從合成角度來看，最明顯的就是DNA納米機器與抗原結(jié)合。該研究團隊為了克服這個限制，設(shè)計了一種組裝式DNA納米機器（圖3 a），在原有的結(jié)構(gòu)的兩端添加了一段18-nt的DNA片段（圖3 a 黑色鏈），該片段與帶有抗原的DNA鏈互補（圖3 a 橙色鏈），動力學(xué)測試表明，組裝式的DNA納米機器釋放藥物的效率與非組裝式相當(dāng)。識別的抗原也從之前的地高辛、DNP，增加到了地高辛、DNP、HIV三種抗原（圖3 a, f, k）。帶有兩種不同抗原的組裝式納米機器，只能在兩種抗體同時存在的條件下觸發(fā)（圖3 p），任何一種單一抗體都不會觸發(fā)分子彈弓釋放藥物（圖3 q）。利用DNA鏈置換反應(yīng)，通過調(diào)整帶有抗原DNA鏈的長短，從而改變觸發(fā)分子彈弓的抗體（圖3 r）。

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圖3 抗體驅(qū)動的組裝式DNA納米機器

Ricci研究團隊的Simona Ranallo說：“設(shè)計這種分子彈弓是一個很大的挑戰(zhàn)，它需要長時間的試驗以找到最佳的條件，比如如何在沒有抗體的情況下將藥物裝入”橡膠帶“，再如抗體觸發(fā)分子彈弓時如何降低影響其射擊效率的因素。”

Ricci說：“類似的分子彈弓可能在不久的將來用于將藥物運送到身體的特定位置，這將大大提高藥物的效率，并降低藥物毒性。”該項目的下一步是針對特定的疾病和藥物，在體外細胞及小鼠中進行測試。

參考文獻：

Ranallo, S.; Prévost-Tremblay, C.; Idili, A.; Vallée-Bélisle, A.; Ricci, F., Antibody-powered nucleic acid release using a DNA-based nanomachine. Nature Communications 2017, 8, 15150.