DNA nanotech veilig voor medisch gebruik, suggereert nieuwe studie

Vooruitgang in nanotechnologie heeft het mogelijk gemaakt om structuren uit DNA te fabriceren voor gebruik in biomedische toepassingen zoals het afleveren van medicijnen of het maken van vaccins, maar nieuw onderzoek bij muizen onderzoekt de veiligheid van de technologie.

Met behulp van een techniek genaamd DNA Origami (DO) – een proces waarbij complementaire DNA-strengen steeds opnieuw in dubbele helixen worden gevouwen – kunnen wetenschappers een verscheidenheid aan kleine apparaten met complexe vormen bouwen die in het lichaam kunnen worden geïnjecteerd om medicijnen af ​​te geven of uit te voeren andere taken. Maar omdat deze technologie nog relatief nieuw is, zijn wetenschappers verdeeld over de vraag of nanostructuren gevaarlijke immuunreacties kunnen veroorzaken of op andere manieren toxisch kunnen zijn in dierlijke systemen.

Nu heeft een team van onderzoekers van de Ohio State University een eerste stap gezet om die vraag te beantwoorden. De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Klein, ontdekte dat hoewel grote hoeveelheden van deze DNA-apparaten een lichte immuunrespons kunnen veroorzaken, het niet duidelijk genoeg is om gevaarlijk te zijn. Hun bevindingen suggereren ook dat verschillende vormen meer bevorderlijk kunnen zijn voor verschillende therapeutische toepassingen.

“DNA is ongelooflijk qua constructie en hoe het kan worden gemanipuleerd en ontworpen om op een zeer gecoördineerde manier nano-robots te vormen”, zegt Christopher Lucas, hoofdauteur van de studie en een onderzoekswetenschapper in mechanische en ruimtevaarttechniek aan de Ohio State . “Wij geloven dat deze technologie, die ongelooflijk veel potentieel heeft, kan worden gebruikt om ziekten te diagnosticeren, behandelen en voorkomen.”

Om te testen of dat veilig kan, gebruikte het team van Lucas muizen om de biodistributie en toxiciteit van twee verschillende nanostructuren te vergelijken: een platte enkellaagse 2D-driehoek genaamd “Tri”, en een 3D-staafvormige structuur die de naam kreeg ” Paard.” Over een periode van 10 dagen kregen ongeveer 60 vrouwelijke muizen continu IV-injecties van beide DO-structuren. Maar om de veiligheid echt te testen, doseerden de onderzoekers de muizen herhaaldelijk in een concentratie die 10 keer groter was dan in eerdere studies.

Onderzoekers zagen wel dat Tri en Horse vormafhankelijke ontstekingsreacties creëerden, maar omdat de reactie na verloop van tijd afnam, toonden ze aan dat de immuunreactie op de lange termijn relatief onschadelijk was. “Het was een bescheiden immuunrespons, maar het was niet giftig voor de dieren”, zei Lucas. “Dat begrijpen was heel belangrijk toen we op weg waren naar preklinische ontwikkeling en de technologie gereed maakten voor toepassingen voor medicijnafgifte.”

Toen het experiment eindigde, verzamelde en beeldde het team ook alle belangrijke organen, bloed en urine van de muizen om de uiteindelijke verdeling van het apparaat door het lichaam te volgen. De resultaten toonden aan dat beide soorten nanostructuren werden geïnternaliseerd door een verscheidenheid aan immuuncellen, maar de hoeveelheid DO die nog achterbleef verschilde vanwege hun oorspronkelijke concentraties en hoe lang ze het lichaam doordrongen. Omdat ze biocompatibel zijn, ruimen nanostructuren het lichaam ook relatief snel op, zei Lucas. En dat is een goede zaak, vooral als wetenschappers ervoor willen zorgen dat deze apparaten kunnen worden gebruikt om alleen zieke cellen aan te vallen.

Maar het is moeilijk om de uitdagingen te voorspellen die andere soorten nanostructuren kunnen tegenkomen in een menselijk of dierlijk lichaam.

“Als je eenmaal dingen in een biologisch systeem hebt gestopt, is er zoveel variabiliteit om rekening mee te houden”, zegt co-auteur Carlos Castro, hoogleraar werktuigbouwkunde en ruimtevaarttechniek.

Wat de toekomst betreft, aangezien ze hebben aangetoond dat de technologie niet giftig is voor muizen, wil het team de apparaten gaan laden met medicijnen voor chemotherapie en leren hoe ze de apparaten kunnen gebruiken om kankercellen bij dieren effectief te bestrijden. “We krabben nog maar aan de oppervlakte”, zei Castro. “We onthullen een hele nieuwe reeks interessante vragen waar we dieper in kunnen graven.”