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仰大勇/劉培峰/姚池合作 AM:DNA納米復(fù)合物用于基因編輯系統(tǒng)和光動力治療試劑可控共遞送
2024-01-19  來源:高分子科技

  近期,天津大學(xué)/復(fù)旦大學(xué)仰大勇教授、上海交通大學(xué)劉培峰教授和天津大學(xué)姚池副教授合作在DNA材料賦能腫瘤治療方面取得新進展,發(fā)展了脫氧核糖核酸(DNA/上轉(zhuǎn)換納米顆粒(UCNP)復(fù)合物構(gòu)建新策略,實現(xiàn)了基因編輯CRISPR-Cas9系統(tǒng)和光動力治療試劑的可控共遞送,達到了協(xié)同光動力治療的效果。相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)威期刊Advanced Materials(先進材料)。主要作者包括博士生宋納川、碩士生樊曉婷郭小翠博士。研究得到國家自然科學(xué)基金資助支持。


  光動力治療是一種非侵入性的腫瘤治療方法,依賴于光敏劑(PS)的光誘導(dǎo)激活,進而產(chǎn)生活性氧(ROS),實現(xiàn)對腫瘤細胞的氧化損傷。傳統(tǒng)的光動力治療面臨的挑戰(zhàn)包括激光穿透能力不足、腫瘤組織微環(huán)境乏氧以及腫瘤細胞自身抗氧化調(diào)節(jié)等,嚴重削弱了治療效果。針對這些挑戰(zhàn),研究團隊提出了利用DNA材料構(gòu)建基因編輯系統(tǒng)和光動力治療試劑共遞送載體的新策略,利用DNA材料優(yōu)異的序列可編程性和分子識別能力,開發(fā)新型DNA納米復(fù)合物。材料構(gòu)建過程中,引入UCNP基元,使用高穿透能力的近紅外光激發(fā)光動力過程;引入氯高鐵血紅素(Hemin)基元,緩解腫瘤乏氧;引入基因編輯CRISPR-Cas9基元(Cas9 RNP),下調(diào)抗氧化因子核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2),削弱腫瘤細胞抗氧化調(diào)節(jié)能力,協(xié)同增強光動力治療效果。


  在DNA納米復(fù)合物的組裝過程中,團隊通過滾環(huán)擴增(RCA)反應(yīng)合成超長DNA單鏈,實現(xiàn)了三種模塊在DNA鏈中的融合:sgRNA識別模塊、G-四鏈體負載模塊和UCNP-兩嵌段DNA結(jié)合模塊。在兩嵌段DNA中,一端的Poly-C序列與UCNP高效結(jié)合;另一端與負載Cas9 RNP、Hemin和原卟啉(PP)的單鏈DNA通過堿基互補配對組裝。材料被腫瘤細胞攝取后,響應(yīng)胞內(nèi)過表達的核糖核酸酶H(RNase H)而特異性釋放Cas9 RNP,通過基因編輯使Nrf2表達下調(diào),削弱癌細胞氧化應(yīng)激調(diào)控能力。在此基礎(chǔ)上,Hemin催化內(nèi)源性過氧化氫(H2O2)轉(zhuǎn)換為氧氣(O2),緩解腫瘤乏氧。在近紅外光的照射下,UCNP通過反斯托克斯發(fā)光將980 nm長波長光轉(zhuǎn)換為409 nm短波長光,激發(fā)PP將O2轉(zhuǎn)換為單線態(tài)氧(1O2)。這一策略成功實現(xiàn)癌細胞內(nèi)1O2的積累,有效抑制了腫瘤生長,增強了腫瘤光動力治療的效果。

 

圖1. DNA納米復(fù)合物用于基因編輯系統(tǒng)和光動力治療試劑可控共遞送。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202309534

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