一种基于DNA四面体的动态载药体系的构建和应用

DNA纳米技术为货物递送提供了新的策略和平台。我们的研究团队成功构建了一种用于多功能递送的纳米蜜蜂系统。该系统在生物环境中表现出良好的稳定性、生物相容性、细胞内化能力和溶酶体逃逸能力，有望成为一种有效的基因和药物递送系统，应用于靶向药物递送、体内成像等相关领域。

背景：

DNA纳米技术为货物递送提供了新的策略和平台。然而，利用DNA纳米结构进行货物递送主要集中在静态结构和被动靶向上。受蜜蜂自然反应的启发，我们开发了一种载有蜂毒素（melittin）的四面体框架核酸（tFNA）纳米结构，称为“纳米蜜蜂”，用于主动靶向治疗。当暴露于细胞膜上的目标蛋白时，tFNA外骨骼发生构象变化，导致蜂毒素选择性释放，并对目标细胞产生选择性致死作用。这种纳米蜜蜂在相同浓度的蜂毒素下，表现出显著更高和更选择性的细胞毒性，并且未活化的纳米蜜蜂几乎没有致死效果。完全包裹的蜂毒素在tFNA外骨骼中的稳定性，通过实验筛选和分子动态分析得到验证，这是纳米蜜蜂最小化脱靶效应的基础。

前沿科研成果：具有主动靶向治疗功能的四面体框架核酸机器人纳米蜜蜂

为了实现动态刺激响应递送，我们采用了一种模仿蜜蜂自然反应的方法，将蜂毒素（MLT）包裹在四面体框架核酸（tFNA）外骨骼中，制造了一种能感知并响应目标细胞的机器人纳米蜜蜂。通过实验筛选和全原子分子动力学分析，我们优化了MLT的加载位置，确保其在特定刺激下能够被tFNA外骨骼有效包裹并释放。

研究方法：

1. 设计与制备：使用Tiamat和Cando设计了初始tFNA外骨骼结构。通过一锅退火法获得的tFNA外骨骼经过凝胶电泳验证，产率约为95.6%。

2. 稳定性检测：通过荧光素（FAM）和黑洞猝灭剂-1（BHQ-1）的荧光对检测tFNA外骨骼的刺激响应功能。

3. 细胞实验：采用CCK-8试验和流式细胞术检测纳米蜜蜂对细胞增殖的影响；共聚焦激光显微镜和流式细胞术定量检测纳米蜜蜂的内化能力。

4. 溶酶体逃逸检测：通过免疫组织化学观察纳米蜜蜂的溶酶体逃逸能力。

实验结果：

实验结果表明，纳米蜜蜂在生物环境中表现出良好的稳定性和生物相容性，显著增强了tFNA的细胞内化能力，并具有溶酶体逃逸的能力。在细胞增殖实验中，纳米蜜蜂在适当的N/P比例下显著促进了细胞增殖。此外，纳米蜜蜂展示了多种内吞途径，并通过动态光散射和流式细胞术进一步验证了其内化机制。与L929细胞（不表达膜核蛋白）相比，纳米蜜蜂在HUVECs中引发更强的荧光信号，显示出其靶向能力。

研究结论：

我们的研究团队成功构建了一种用于多功能递送的纳米蜜蜂系统。该系统在生物环境中表现出良好的稳定性、生物相容性、细胞内化能力和溶酶体逃逸能力，有望成为一种有效的基因和药物递送系统，应用于靶向药物递送、体内成像等相关领域。

发表文献Adv. Funct. Mater. 2020, 31, 2007342, DOI: 10.1002/adfm.202007342

A Framework Nucleic Acid Based Robotic Nanobee for Active Targeting Therapy

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