הידרוגלים הם חומרים פולימריים עם מבני רשת תלת מימדיים המכילים כמויות גדולות של מים. הם משמשים כמערכות מסירת תרופות משוחררות מתמשכות מכיוון שהן יכולות להכיל חומרים ביו-אקטיביים שונים, כולל תרופות, אנטיגנים ואפילו תאים. הידרוגלים הם אלטרנטיבות טובות יותר למסירת תרופות מאשר מערכות קונבנציונאליות, מכיוון שהן ביו -תואמות יותר, מתכלות ומנוהלות בקלות כפיגום להזרקה.
ה- DNA זכה לתשומת לב משמעותית כחומר הידרוג'ל מבטיח בזכות תכונותיו הפיזיקו -כימיות הניתנות להתאמה אישית, מה שמוביל להתפתחות הידרוגלים שונים של DNA. עם זאת, שיטות נוכחיות כמו הידרוגלים הקשורים ל- DNA ליגאז מציגים אתגרים רבים, כולל תגובות אלרגיות פוטנציאליות ונהלי ניהול מורכבים המגבילים את היישומים הקליניים.
לאחרונה נבנה חומצה גרעינית ננו-מבנית דמוית פוליפוד, או פוליפודנה, באמצעות שלושה או יותר מראש אוליגודוקסינוקלאוטידים (ODN) עם רצפים משלימים חלקית כדי להתמודד עם אתגרים אלה. מבני ננו -ננו יעילים אלה ניתנים להזרקה בקלות ורפורמים בקלות להידרוגלים באתר ההזרקה לאחר שהוזרקו. בעוד שגישה זו יוצרת חומצות גרעין גלגניות עצמית היוצרות הידרוגלים ללא ליגאז DNA, היא דורשת מספר ODNs, מה שמוביל לעלויות הכנה גבוהות, מורכבות תכנון והסתברות מוגברת להשפעות מחוץ למטרה בגלל המספר הגדול של בסיסי ה- DNA המעורבים.
כדי לטפל בכך, נוצרה יחידת DNA בצורת טקומי עם שני ODN בלבד. עם זאת, מחקרים הבוחנים את האופטימיזציה שלה כמוביל תרופות לשחרור מתמשך או יכולת השמירה שלו מוגבלים.
במחקר החדש שלהם, שהועמד לרשות המקוון ב -2 בדצמבר 2024, וכדי להתפרסם ב- 10 בינואר 2025, בכרך 377 של כתב העת לשחרור מבוקרפרופסור מקיה נישיקאווה, יחד עם מר ג'יאן ג'ין, עוזר פרופסור שוקו איטקורה, ופרופסור חבר קוסוקה קוסאמורי, מאוניברסיטת טוקיו למדע, יפן, נועדו לטפל בהיבטים אלה של ננו-מבצעי DNA בצורת טאקומי.
פרופ 'נישיקאווה הסביר את המוטיבציה שמאחורי המחקר, "המטרה שלנו הייתה למזער ולייעל אופטימיזציה של ננו -מבני DNA, כך שניתן יהיה ליצור הידרוגלי DNA יציבים עם פחות חומצות גרעין."
כל ODN במבנה ה- DNA בצורת טאקומי נבנה עם גבעול פלינדרומי שמונה -18 נוקליאוטיד המחובר לשני חלקים מגובשים משני הצדדים עם מרווח תימידין (T). ה- ODNs יוצרים דימר עצמי דרך הרצף הפלינדרומי, וכל ODN נקרא על פי מספר הנוקלאוטידים בגזע ובחלקים מגובשים. למשל, 14S- (T-10C)2 מתייחס ל- ODN עם אורך גזע של 14 נוקלאוטידים וחלק מגובש מעשרה נוקלאוטידים שנמצאים בשני קצוות הגבעול.
כדי לייעל את ה- DNA בצורת טקומי כיחידת הידרוג'ל הניתנת להזרקה עם שמירה מתמשכת, החוקרים עיצבו שיטתית אורכי ODN שונים וחקרו את המתאם בין תכונות מבניות לבין ביצועי הידרוג'ל, תוך התמקדות מיוחדת in vivo יכולות שמירה.
הממצאים שלהם הראו כי תכונות ההידרוג'ל, כמו טמפרטורות התכה ויציבות, תלויות באורך הגבעול ובחלקים המלוכדים. ODNs עם אורכי גזע של 12 נוקלאוטידים או יצרו ביעילות ארוכה יותר את יחידות ההידרוג'ל, מה שמרמז כי גבעול באורך 12 נוקלאוטידים מספיק להיווצרות היחידה. באופן דומה, חלקים מגובשים הדגימו הכלאה ואינטראקציות יעילות באורך של 10 נוקלאוטידים.
החוקרים גם העריכו את מודולוס האחסון של הידרוגלים, המסייע להבין כיצד ההידרוג'ל משתנה בתנאים גופניים שונים, על פי אורכים משתנים של חלקים מגובשים, ומדגים כי חלקים מלוכדים עשירים ב- GC עם 10 נוקלאוטידים מציגים יציבות תרמית טובה יותר ומודולוס אחסון בהשוואה ל תצורות אחרות.
"אורך ה- 12S- (T-10C)2-ODN, שהראה את השמירה הגבוהה ביותר בעכברים, היה 34 בסיסים, שדרש רק שני ODNs להיווצר. בסך הכל נדרשו רק 68 נוקליאוטידים להיווצרות הידרוג'ל DNA פחותה הידרוג'ל ה- DNA מבוסס hexapodna המורכב משנים עשר ODNs שונים באורך 40 בסיס, " מסביר פרופ 'נישיקאווה על האופן בו המחקר שלהם השיג היווצרות הידרוג'ל יעילה עם יחידות DNA מינימליות.
In vivo ניסויים עם הידרוגלי DNA מתערבים של דוקסורוביצין של 12S- (T-10C)2-אודנים הראו התמדה ממושכת של לפחות 168 שעות לאחר ההתרחשות, ותורמת להשפעות אנטי-גידוליות מבוטאות בעכברים, בגלל שחרורו של דוקסורוביצין באתר ההזרקה. בנוסף, הידרוגלי DNA בצורת טקומי עלולים לגרום לתגובות חיסוניות ממוקדות, מה שהופך אותם למערכות משלוח אנטיגן יעילות. "הידרוג'ל ה- DNA המותאם המותאם שהוכן באמצעות 12S- (T-10C)2 הציג שמירה מתמשכת יותר מאשר הידרוג'ל ה- DNA מבוסס הקסאפודנה לאחר מתן in vivo בעכברים. תוצאות אלה מדגישות את תחולתם של הידרוגלי DNA כמערכות משלוח לחומרים ביו -אקטיביים, " מסכם פרופ 'נישיקאווה.
בסך הכל, מחקר זה מדגים כיצד יחידות DNA מינימליות יכולות להרכיב ליצירת הידרוגלים ביו -תואמים עם זמני שמירה גבוהים ויכולות שחרור תרופות מתמשכות, ומציעות חדשנות ביו -רפואית מבטיחה לטיפול ממוקד.
