Caractérisation structurale des nanostructures d’ADN origami et évaluation de la qualité de leur assemblage. (a) Schéma de conception. Les rangées montrent les différentes nanostructures d’origami d’ADN étudiées : cuboïde, bâtonnet court et bâtonnet long (de haut en bas). Les colonnes montrent différentes vues des nanostructures d’ADN origami : 3D, vue de face et de côté (de gauche à droite). Les paires FRET sont réparties uniformément sur les nanostructures d’origami d’ADN et représentées par des diamants rouges (Atto 647N) et verts (Atto 488). Toutes les barres d’échelle sont de 20 nm. (b) Évaluation de la qualité des nanostructures d’ADN origami après assemblage (pistes 3, 6, 9), après purification du PEG (pistes 4, 7, 10) et après addition de PEG-polylysine (pistes 5, 8, 11) telles qu’analysées par gel électrophorèse. 1 Ko d’ADN double brin a été utilisé comme échelle et les bandes spécifiques sont indiquées, les nombres sont en Ko. Échafaudage. Échafaudage d’ADNsb P7560. Les flèches rouges indiquent l’excès d’agrafes et les restes, les flèches vertes représentent les nanostructures bien pliées avant et après la purification du PEG, et les flèches noires montrent les nanostructures purifiées recouvertes de PEG5K-K10. (c) Nanostructures d’origami d’ADN visualisées par microscopie électronique à transmission (TEM). Chaque structure a été imagée avant et après le revêtement de PEG-Poly (lysine) comme indiqué. Toutes les barres d’échelle sont à 100 nm. Crédit: Avancées scientifiquesest ce que je: 10.1038/s41598-023-46351-1
La capacité de réguler la biodistribution des produits thérapeutiques est une fonctionnalité hautement souhaitée qui peut limiter les effets secondaires de nombreux médicaments. Dans une nouvelle étude en Rapports scientifiquesNoah Joseph et une équipe de scientifiques en biotechnologie et en nanosciences en Israël, décrivent un agent à l’échelle nanométrique développé à partir d’un hybride origami couplé polymère-ADN capable de présenter une stabilité dans le sérum et une diffusion lente à travers les tissus.
En se couplant à des fragments de polyéthylène glycol via des interactions électrostatiques polyamines, l’équipe a noté une stabilité marquée des agents in vivo, où plus de 90 % des constituants ont maintenu leur intégrité structurelle pendant cinq jours après l’injection sous-cutanée.
Les résultats mettent en évidence les nanostructures hybrides polymère-ADN en tant qu’agents pharmacologiques viables pouvant entrer dans les technologies traditionnelles, y compris leur utilisation comme anticorps monoclonaux pour l’activité médicamenteuse.
Thérapie de l’origami ADN
De nombreux médicaments, y compris les petites molécules et les produits biologiques, fonctionnent systématiquement sans capacité innée de distribution et de fonction. Il s’agit de la principale force motrice des effets indésirables et d’un élément majeur de l’affaiblissement des facultés de nombreux nouveaux médicaments en cours d’essais cliniques et d’utilisation clinique.
Bien que de grands efforts aient été déployés au cours des dernières décennies pour parvenir à réguler l’activité des médicaments, les médicaments approuvés ne représentent actuellement qu’une petite fraction du véritable potentiel des mécanismes thérapeutiques des médicaments.
Les anticorps monoclonaux constituent une méthode pharmaceutique courante et éprouvée qui illustre ce défi. Les médicaments monoclonaux ont permis des traitements révolutionnaires pour des maladies jusqu’ici considérées comme presque incurables en oncologie, en immunologie et dans les maladies inflammatoires. L’origami d’ADN échafaudé est une méthode permettant de développer des nanostructures d’ADN et de faciliter la régulation spatiale précise et la fonctionnalité à l’échelle sub-nm.
Une nouvelle stratégie pour les thérapies ADN
Les propriétés uniques conviennent à divers domaines de recherche, ce qui en fait des agents thérapeutiques et diagnostiques de nouvelle génération. Une variété de méthodes de fonctionnalisation de l’ADN origami peuvent atteindre une complexité fonctionnelle plus élevée que les anticorps monoclonaux.
Dans cette nouvelle stratégie présentée par Joseph et ses collègues, l’équipe a facilité la régulation spatiale de l’activité des médicaments en couplant des agents nanométriques hybrides origami polymère-ADN. Ces conceptions peuvent être adaptées à plusieurs protéines cibles pour une variété de pathologies présentant une fonctionnalité thérapeutique étendue.
Dans ce travail, Joseph et ses collègues ont présenté une stratégie pour fournir des composants de médicaments thérapeutiques basés sur des composés nanométriques hybrides origami couplés polymère-ADN. En suivant les études habituelles de caractérisation de cinétique et de stabilité de plusieurs constructions d’origami d’ADN in vivo, les scientifiques ont sélectionné une nanostructure d’ADN optimale comme preuve de principe pour des applications thérapeutiques avec des effets anti-inflammatoires très puissants dans un modèle murin et dans des tumeurs humaines. Facteur de nécrose alpha.
Biodistribution de différentes nanostructures d’ADN origami. (a) Analyse d’images en direct de la biodistribution corporelle totale au fil du temps des nanostructures d’origami d’ADN indiquées après leur injection sous-cutanée à des souris. Les fausses couleurs de la carte thermique sont en corrélation avec les niveaux de FRET. (b) Quantification de l’efficacité totale de la fluorescence obtenue dans les images de souris de A. La même région d’intérêt (ROI) a été choisie autour de la zone d’injection pour chaque souris et l’efficacité totale de fluorescence FRET des nanostructures d’origami d’ADN indiquées a été mesurée dans chaque ROI au fil du temps. points. Les calculs ont été effectués comme décrit dans « Méthodes ». Les données présentées sont les valeurs moyennes ± SEM. (c) Quantification de la diffusion indiquée de la nanostructure d’origami d’ADN dans le temps après leur injection sous-cutanée à des souris. Les calculs ont été effectués comme décrit dans « Méthodes » sur la base d’images de souris de A. Les données présentées sont les valeurs moyennes ± SEM. (d) Analyse d’images en direct de la biodistribution corporelle totale au fil du temps des nanostructures d’origami d’ADN indiquées après leur injection dans les articulations du genou de souris. Les fausses couleurs de la carte thermique sont en corrélation avec les niveaux de FRET. (e) Quantification de l’efficacité totale de la fluorescence obtenue dans les images de souris de D. La même région d’intérêt (ROI) a été choisie autour de la zone d’injection pour chaque souris et l’efficacité totale fluorescente FRET des nanostructures d’origami d’ADN indiquées a été mesurée dans chaque ROI au fil du temps. points. Les calculs ont été effectués comme décrit dans « Méthodes ». Les données présentées sont les valeurs moyennes ± SEM. Crédit: Avancées scientifiquesest ce que je: 10.1038/s41598-023-46351-1
Les expériences
Pour commencer l’étude de preuve de faisabilité, l’équipe de recherche a choisi trois nanostructures d’origami d’ADN différentes de masse similaire et les a analysées par électrophorèse sur gel pour déterminer la qualité globale. Ils ont utilisé la microscopie électronique à transmission avant et après le revêtement des nanostructures d’ADN avec du polyéthylène glycosylate-polylysine via des interactions amine et phosphate pour augmenter la masse d’ADN et augmenter leur attachement au polyéthylène glycosylate et assurer la stabilité des nanostructures d’origami d’ADN.
Les médicaments ayant une stabilité in vivo conviennent à la distribution et l’équipe a exploré cela en réalisant une imagerie en direct de souris traitées avec des nanostructures recouvertes de polymère administrées par voie sous-cutanée dans les articulations du genou ou par voie intrapéritonéale chez des souris.
Alors que la longue tige présentait une diffusion prolongée dans le temps, il était possible de combiner une diffusion plus lente avec une plus grande stabilité par voie sous-cutanée. Les scientifiques ont exploré la cinétique et la stabilité in vivo des résultats pour sélectionner les nanostructures de bâtonnets de polymères comme constituants efficaces pour les expériences médicamenteuses.
Effets thérapeutiques des nanostructures d’ADN origami
Les scientifiques ont étudié les nanostructures à longues tiges redessinées pour représenter les aptamères alpha du facteur de nécrose tumorale humaine et les ont ancrées uniformément sur les structures de surface. Joseph et ses collègues ont analysé la fonctionnalisation des structures d’origami d’ADN à longues tiges en utilisant l’électrophorèse sur gel d’agarose, la microscopie électronique à transmission et la microscopie à force atomique.
L’équipe a examiné la stabilité des constituants du sérum humain pendant 10 jours et a identifié son intégrité structurelle pour des études de biodistribution et in vivo.
Perspectives
Noah Joseph et l’équipe de recherche décrivent ainsi la cinétique in vivo de trois nanostructures d’ADN origami de formes différentes stabilisées par le polymère polyéthylène glycol-polylysine. Les scientifiques ont choisi le candidat optimal et ont fonctionnalisé les nanostructures à longues tiges en attachant des aptamères alpha du facteur de nécrose tumorale humaine pour cibler la protéine alpha du facteur de nécrose tumorale humaine.
L’équipe de recherche décrit le potentiel thérapeutique des nanostructures d’origami d’ADN copolymère fonctionnalisé pour fonctionner dans des environnements biologiques complexes. Les résultats combinés mettent en évidence l’influence des nanostructures d’ADN en tant qu’agent thérapeutique important pour la médecine de précision et la fonctionnalité des agents thérapeutiques.
Plus d’information:
Noah Joseph et al, Biodistribution et fonction des nanostructures origami couplées polymère-ADN, Rapports scientifiques (2023). DOI : 10.1038/s41598-023-46351-1
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Citation: Examen de la biodistribution et de la fonction des nanostructures d’origami polymère-ADN (24 novembre 2023) récupéré le 24 novembre 2023 sur
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