药学学报

DNA折纸智能药物递送系统的研究进展

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殷曾琳 ¹^,² , 王曦维 ² , 车津晶 ² , 刘楠 ² , 张慧 ² , 王增明 ² , 李见春 ¹^,^* , 郑爱萍 ²^,^*

药学学报 | 综述 2024,59(10): 2741-2750

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药学学报 | 综述 2024, 59(10): 2741-2750

DNA折纸智能药物递送系统的研究进展

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殷曾琳¹^,², 王曦维², 车津晶², 刘楠², 张慧², 王增明², 李见春¹^,^*, 郑爱萍²^,^*

作者信息

1.蚌埠医科大学药学院, 安徽蚌埠 233030

2.军事医学研究院国家安全特需药品全国重点实验室, 北京 100850

通讯作者:

^*李见春, Tel: 86-552-3175066, E-mail: lijc66577@sohu.com;

郑爱萍, Tel: 86-10-66931694, E-mail: apzheng@163.com

Advances in DNA origami intelligent drug delivery systems

Zeng-lin YIN¹^,², Xi-wei WANG², Jin-jing CHE², Nan LIU², Hui ZHANG², Zeng-ming WANG², Jian-chun LI¹^,^*, Ai-ping ZHENG²^,^*

Affiliations

1. School of Pharmacy, Bengbu Medical University, Bengbu 233030, China

2. State Key Laboratory of National Security Specially Needed Medicines, Academy of Military Medical Sciences, Beijing 100850, China

出版时间: 2024-10-12 doi: 10.16438/j.0513-4870.2024-0111

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摘要

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DNA折纸术是一种产生具有动态特性和智能可控纳米结构的强大技术。精确的几何形状、高度可编程性及优异的生物相容性使得DNA折纸纳米结构成为一种新兴的药物递送载体。载体材料的形状、大小及药物的负载和释放是影响药物生物利用度的重要因素。本文着重介绍了可控设计DNA折纸纳米结构、高效负载药物及智能释放药物, 归纳总结了DNA折纸技术在生物医学中的前沿应用, 最后讨论了研究人员可以在哪些方面为进一步推进DNA折纸载体的临床应用作出贡献。

关键词

DNA折纸 / 可编程性 / 药物递送 / 可控设计 / 生物医学

Abstract

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DNA origami is a powerful technique for generating nanostructures with dynamic properties and intelligent controllability. The precise geometric shapes, high programmability, and excellent biocompatibility make DNA origami nanostructures an emerging drug delivery vehicle. The shape, size of the carrier material, as well as the loading and release of drugs are important factors affecting the bioavailability of drugs. This paper focuses on the controllable design of DNA origami nanostructures, efficient drug loading, and intelligent drug release. It summarizes the cutting-edge applications of DNA origami technology in biomedicine, and discusses areas where researchers can contribute to further advancing the clinical application of DNA origami carriers.

Key words

DNA origami / programmability / drug delivery / controllable design / biomedicine

引用本文

殷曾琳, 王曦维, 车津晶, 刘楠, 张慧, 王增明, 李见春, 郑爱萍. DNA折纸智能药物递送系统的研究进展. 药学学报, 2024 , 59 (10) : 2741 -2750 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2024-0111

Zeng-lin YIN, Xi-wei WANG, Jin-jing CHE, Nan LIU, Hui ZHANG, Zeng-ming WANG, Jian-chun LI, Ai-ping ZHENG. Advances in DNA origami intelligent drug delivery systems[J]. Acta Pharmaceutica Sinica, 2024 , 59 (10) : 2741 -2750 . DOI: 10.16438/j.0513-4870.2024-0111

正文

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药物治疗是疾病治疗的主要方法, 但传统的药物或治疗方法会产生许多毒副作用。目前, 已开发出多种新型药物递送系统^[1], 包括天然系统(细菌)^[2]、仿生系统(模拟红细胞)^[3]、合成的有机系统(脂质体)^[4]、合成的无机系统(纳米金)^[5]和阳离子树状聚合物^[6]等。这些天然或是人工合成的药物递送系统能有效地提高药物治疗效果, 其中一些载体已进入临床试验阶段或已获得批准用于临床治疗。然而新型药物载体也具有缺点, 比如几何结构缺乏均一性及难以对药物负载量和药物释放速率进行精确控制等^[7]。因此, 有必要设计具有可控性能的药物载体。

DNA分子作为大多数生物的遗传物质, 具有独特的双螺旋结构、生物学功能和优异的生物安全性。基于碱基互补配对原则, DNA序列具有丰富的多样性^[8]。20世纪80年代, Seeman首次提出了霍利迪连接体(Holliday junction) 的设计, 将DNA从简单的一维双螺旋变成了二维延伸的纳米级聚合物, 开创了DNA纳米技术领域^[9]。2006年, 加州理工学院罗斯曼德博士发明DNA折纸术, 用2 nm宽DNA链编制成几十纳米大小的笑脸, 成为里程碑的突破^[10]。DNA折纸技术是DNA纳米技术重要分支, 使用互补的订书钉链对长单链DNA支架链进行纳米级折叠获得。DNA折纸纳米结构(DNA origami nanostructure, DON) 具有优异的特性, 包括结构多功能性、可编程性、空间寻址性、生物相容性和生物降解性等^[11], 是一种新兴的药物递送载体^[12]。本文首先介绍了DNA折纸技术的可控设计, 然后归纳了DON装载和释放药物的方式及在生物医学中的应用, 最后展望了DON药物递送载体面临的机遇和挑战。

1 可控设计

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互补DNA链之间碱基互补相互作用形成了DON可编程性和可寻址性的基础。因此, 与传统纳米材料相比, DNA允许对影响药物递送载体性能的相关参数进行可控的设计^[7]。合理设计DON的大小、几何形状或电荷等, 可以有效地提高药物递送效率。

1.1 大小及几何形状可控

通过计算机设计DNA序列, 实现不同形状、大小和拓扑结构的DON的构建^[13]。这一技术的核心原理是将长单链DNA视为一种可塑性的“纸张”, 在这个纸张上设计一系列特定长度的序列, 与订书钉链进行互补配对, 自组装成预先设计的大小结构。

DON的最新进展得益于设计工具的发展, 计算机设计在DON开发中的应用极大地提高了其设计效率和准确性。从小尺寸到大尺寸、从一维到三维(3-dimention, 3D) 结构, 计算机辅助工具如CADNano^{[14, 15]}、MagicDNA^[16]等软件可帮助研究人员自动化生成DNA序列、模拟折叠过程并优化实验条件, 实现了对DON大小及几何形状的精确控制。目前已成功制备长杆等一维结构^[17]; 五角星形、笑脸形及三角形DON等二维(2-dimention, 2D) 平面结构^[10] (图 1A); 方形盒子^[18] (图 1B)、二十面体^[19] (图 1C) 等3D立体结构, 以满足多种应用需求。

DON大小形状会影响细胞摄取的途径和效率。Zeng等^[20]比较了负载多柔比星(doxorubicin, DOX) 的2D和3D的DON在哺乳动物乳腺癌细胞中的摄取效率, 3D三角形框架DON比2D交叉或矩形DON具有增强的细胞摄取行为。目前已经有研究证明, 形状紧密且低长宽比的DON更容易被细胞摄取并内化^[21]; 不同大小形状的DON具有特定的功能, 例如, 基于DNA独特的结构基序和自识别特性, Andersen等^[18]设计出具有可控性能的方形盒子, 该纳米盒可用于检测特定的序列, 或是作为载体用于储存药物并在一定条件下释放, 从而实现对疾病的靶向治疗; 此外, 具有较强刚性的二十面体DON是具有等边三角形性质的规则多面体, 其能形成空间屏障, 防止病毒与宿主结合^[19], 有望成为未来病原体预防和暴露后治疗的绝佳选择。

1.2 表面电荷可控

生物分子表面电荷在决定其生物反应方面起着重要作用^[22]。由于磷酸主链, DON带负电荷。通过调节溶液的离子强度和pH值等参数, 控制DON表面电荷密度和分布, 能达到提高细胞摄取效率的目的。例如, Shi等^[23]借助高度可设计的DON, 引入光化学反应以实现原位电荷变化, 合成了表面电荷分布可控的纳米结构。研究发现位于纳米结构边缘的正电荷更有助于细胞摄取, 并且高密度正电荷修饰的DON在3D多细胞肿瘤球中显示出更强的渗透^{[22, 23]}。

此外, 通过涂层可以屏蔽DON的负电荷, 并且有效保护DON免受环境中其他化学物质的影响^[24]。例如阳离子聚合物^[25]、脂质^[26]、蛋白^[27]或类肽^[28]等包裹结构, 能够将DON稳定在生理阳离子水平上。这种电荷调控机制为基于DON的药物递送系统开发提供了新思路。

1.3 功能修饰可控

通过对订书钉链序列进行精确地设计和修饰^[29], 可以实现DON上不同功能分子的加载。同时, 在DON上设计一个或多个修饰化的订书钉链, 可控制该结构上所连接的功能分子数量, 从而达到特定的功能和效果。

在DON上修饰荧光基团, 能够便于在实验或应用中进行跟踪和观察^[30]。例如, 在DON上修饰特定数量的校准荧光团和荧光触发域, 在流式细胞术中作为检测的替代荧光团, 实现了流式细胞技术中荧光或抗原的定量分析^[31]。

另外, 在DON上修饰特定的适配体, 使其能与特定的细胞或组织特异性结合, 从而实现靶向递送和药物递送等功能^[32]。与其他纳米载体相比, DON的高度可编程性允许在特定位置或多个位置修饰单个或多个适配体, 能实现载体的高效靶向递送或多个适配体协同工作。适配体还赋予DON感知和响应细胞环境的能力, 使其成为“智能”载体^[33]。Zhao等^[34]通过位点控制, 将凝血酶核酸适配体组装到矩形DON的表面形成阵列, 并优化适配体的种类、位点分布及密度, 使其能有效地识别并结合凝血酶, 稳定地抑制凝血酶的活性从而达到抗凝血的效果。同时加入适配体互补链, 抑制适配体与凝血酶结合以达到快速解毒恢复凝血酶功能。

2 负载药物策略

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DON主要利用DNA折纸技术的有利特性和所需负载的药物分子的性质, 实现药物的有效负载。目前载物方法包括嵌入法、静电吸附及封装等, 具有高效性和可控性^[12]。

2.1 嵌入法

目前, 嵌入法是DON负载小分子药物最简便的方法, 广泛应用于癌症治疗研究。蒽环类小分子药物(DOX、柔红霉素) 通过嵌入螺旋与双链DNA非共价结合, 实现DON上药物的成功加载^[35]。三角形^[36] (图 2A)、棒状^[37]及管状^[38]等多种DON已经被验证能将DOX递送至癌细胞且克服细胞耐药性。除了DOX, 其他小分子药物也可以嵌入到DNA链中。Wu等^[39]构建了纳米抗体修饰的DNA四面体结构, 并将一种名为56MESS的铂药嵌入到双链DNA中, 用于体内靶向治疗。Ru(bpy)₂(dppz)²⁺是具有较强DNA插入能力的钌配合物, 将这种配合物嵌入在四面体DON碱基对中, 增加了四面体DON的熔点并有效提高了其在血清中的稳定性^[40]。此外, 多种荧光染料, 如SYBR Green I染料^[28]等, 均可通过嵌入DNA碱基对加载在DON上, 实现对DON的标记和检测。

除了单一靶向和静态结构的小分子药物递送体系, 更智能的动态DNA逻辑门等被开发出来。它们的应用十分广泛, 在小分子药物的非共价修饰方面, Ouyang等^[41]基于DNA逻辑门开发了一种纳米级精确制导的DON。在该结构中嵌入并递送了DOX分子, 实现了高特异性和高剂量的药物递送, 可进行安全、精确的靶向治疗。

2.2 静电吸附作用

基于DNA磷酸盐骨架性质, DON本质带负电荷。因此, 静电吸附作用作为一种物理偶联方式能将小分子有效负载到DON上。

BMEPC (1, 1-bis(3-Methyl-4-epoxyphenyl) cyclohexane) 是一种新型小分子咔唑类衍生物, 作为成像剂或光敏剂具有双光子吸收能力, 可在无氧或低氧条件下通过Ⅰ型光动力反应生成活性中间体, 达到光动力杀死细胞的目的。由于该光敏剂带正电, 其可通过静电吸附作用加载到DON上。BMEPC与DON结合后, 分子内旋转受到适当限制, 自由基产生增多和荧光发射增强, 实现了高效的光动力治疗和光反应活性^[42] (图 2B)。

Mikkilä等^[43]开发了病毒衣壳蛋白功能化的DON, 可有效增强药物递送能力。具体原理为纯化后的豇豆褪绿斑驳病毒衣壳蛋白具有带正电荷的N端, 可通过电荷相互作用自发地结合到DON表面。随着衣壳蛋白数量的不断增加, 诱导DON由片层状转变为卷筒状, 进而有效提高了DON入胞的效率。

2.3 封装

由于具有可编程性和结构明确性, DON是封装药物的优秀载体。使用封装方法递送药物有两个明显优势, 其一可以实现多种药物的包覆, 包括小分子、蛋白质和其他聚合物; 其次, 将药物嵌入纳米结构中, 不只是展示在纳米结构表面, 可避免药物泄漏并实现药物逐渐释放^[44]。

Li等^[45]将凝血酶加载在片状DON上, 然后将片状DON折叠成管状DON, 使得凝血酶包封在管状DON中。核仁素蛋白的适配体作为管状DON打开的分子触发器。当体系中存在核仁素蛋白时, 管状DON被打开并暴露出凝血酶以实现活体内肿瘤治疗。Ma等^[46]构建了封装铂药的DNA二十面体递送系统, 用于顺铂耐药的癌症治疗。通过端粒酶响应连接器将两个锥体笼连接在一起, 将铂药纳米颗粒封装在笼中, 有效降低了全身毒性并减轻耐药性, 获得较好的治疗效果(图 2C)。

3 智能释放药物

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药物在靶点部位有效释放对提高生物利用度至关重要^[47]。目前, 基于DON的药物控释系统可以在pH、氧化还原、光照等条件刺激下实现药物的精准控制释放, 达到提高生物利用度的目的。

3.1 pH响应型释放

环境pH值的差异为药物释放提供了契机。由于DNA的聚电解质特性, pH值的变化会引起DNA构象变化, 达到药物释放的目的^[48]。Ijäs等^[49]构建了一种动态的DON纳米胶囊, 溶液pH值的改变导致胶囊可逆开启和关闭, 为药物的装载和释放提供了新策略。为了引入关闭/打开机制, 在胶囊两半之间的界面设计了8个锁存点, 锁存的一部分是双链DNA, 由20 bp发夹基序中互补的嘌呤和嘧啶区域组成; 另一部分是20 nt的多嘧啶寡核苷酸; 这两部分形成一个平行的DNA三链体。荧光共振能量转移和透射电子显微镜数据证明通过溶液pH调节DON纳米胶囊的打开和关闭(图 3A)。类似地, Liu等^[50]设计了pH响应型的DNA分子锁, 将精准排布在DON上的抗原肽和佐剂进行封装, 形成完整闭合的DON纳米机器。其中, DNA分子锁也是DNA三链体, 执行锁定-解锁功能, 以响应特定的pH范围。当DON纳米机器进入细胞后, 在微酸环境中, 分子锁响应性开启, 其由关闭状态转变为开启状态, 暴露抗原和佐剂, 以刺激肿瘤特异性T细胞反应, 从而有效抑制肿瘤生长。

3.2 氧化还原型释放

氧化还原响应型DON药物递送系统通过二硫键负载反义寡核苷酸(antisense oligonucleotide, ASO)^[51]、RNA干扰(RNA interference, RNAi)^[52]或功能基因^[53], 实现在还原活性增强的靶部位释放负载物。例如, Pan等^[51]构建了一种适配体功能化的DON, 共同递送化学药物DOX及两种不同ASO。体外研究表明, 该纳米结构可以在pH为5.0的磷酸盐缓冲溶液中控制释放DOX, 并响应谷胱甘肽释放ASO。通过ASO和DOX的协同递送, 抗癌试验表明, 该结构可以克服耐药性并极大增强对多药耐药癌细胞的治疗效果。Wang等^[54]提出了一种由氧化还原反应控制开关的管状DON纳米机器, 共同递送两种小干扰RNA和化疗药物DOX。将预先设计的含有二硫键的DNA单链作为锁链, 以保证小干扰RNA的有效封闭, 进而得到了闭合的DNA纳米机器。在肿瘤细胞高谷胱甘肽浓度即还原环境中, 闭合的二硫键锁链被打开, 实现内部小干扰RNA的智能响应性释放(图 3B)。

3.3 光响应型释放

光响应型DON药物释放系统基于光敏材料的特性, 通过光照引发化学或物理变化, 从而释放负载在DON表面或内腔的药物。在外源性刺激响应系统中, 基于光的刺激响应系统具有极大的前景, 因为光作为刺激不仅是无创的, 而且在空间和时间上都是可控的^[55]。Kohman等^[56]通过新型光不稳定交联剂标记DON, 构建了具有可寻址性且能够封装不同尺寸蛋白质药物的纳米笼。该纳米笼能够在短暂的光照下释放药物分子, 为精确释放大量生物活性分子提供了一种通用方法(图 3C)。Li等^[57]构建了适配体功能化的三角形DON, 共递送化疗药物DOX和光敏剂吲哚青绿(indocyanine green, ICG)。在近红外激光照射下触发ICG的光热效应, 可控释放DOX, 实现靶向协同光化学治疗。Zhuang等^[42]利用基于BMEPC-DON的光动力疗法, 产生自由基诱导细胞凋亡, 实现癌症的高效治疗。光响应型DON能够以高时空精度控制药物的释放, 促进了控制药物释放领域的发展。

4 DNA折纸药物在生物医学中的应用

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DON具有可编程性、纳米尺度可寻址性及良好生物相容性等优点, 广泛应用于抗炎、急性肾损伤和癌症治疗及预防等生物医学领域^[58]。

4.1 抗炎治疗

抗炎治疗是抑制炎症介质的产生和释放及抑制炎症细胞的活化和趋化, 达到缓解炎症症状目的的治疗方法^[59]。一般常见的情况有两种, 一种为感染性炎症, 如细菌感染和真菌感染等; 另一种为非感染性炎症, 包括免疫因素、物理因素和化学因素导致的炎症。

4.1.1 抗感染性炎症

已有的抗菌策略缺乏靶向性、稳定性差或细胞毒性高, 严重限制了它们的广泛应用^{[60, 61]}。DON具有良好的生物相容性, 经过化学改性后在体内稳定, 是递送活性抗菌成分实现靶向抗菌的理想载体。Mela等^[62]以适配体功能化的DON作为载体负载溶菌酶, 成功地验证了DON能够与指定的细菌特异性结合, 用功能化DON负载溶菌酶处理比用游离溶菌酶能够更有效地减缓细菌的生长, 并实现了高效抑菌。Wu等^[63]开发了一种基于DON的纳米杀菌剂, 其装配DNA酶、广谱抗生素左氧氟沙星和病原靶向性核酸适配体。该DNA纳米杀菌剂在核酸适配体的引导下, 特异性地识别并结合病原菌, DNA酶催化产生的活性氧(reactive oxygen species, ROS) 破坏细菌膜结构, 促使持续快速释放抗生素到细菌内, 成功高效治疗感染性创面。基于DON的多功能纳米平台将为靶向抗感染疗法开辟新途径。Long等^[64]使用六螺旋束DON共同递送银离子(Ag⁺) 和ASO, 其分别在初始阶段延缓金黄色葡萄球菌及在对数生长阶段抑制细菌的生长。该共递送载体在低浓度下表现出优异的抗菌活性, 对正常哺乳动物细胞没有不利影响。

4.1.2 抗非感染性炎症

类风湿性关节炎(rheumatoid arthritis, RA) 是一种以关节滑膜炎为主的自身免疫性疾病, 破坏关节软骨并严重威胁人类健康^[65]。消除炎症关节中的ROS和NO是一种潜在的RA治疗方法, 它们可以驱动促炎M1巨噬细胞向抗炎M2表型转变, 达到缓解炎症的目的^[66]。DON本身也具有治疗潜力, 是治疗各种氧化应激诱导疾病的有利候选者。利用DNA分子固有的ROS和NO清除能力, Ma等^[67]设计了一种叶酸修饰的三角形DON (FA-tDON), 用于RA的靶向治疗。该纳米结构能够有效清除ROS和NO并主动靶向M1巨噬细胞, 促进M1型向M2型的转化。基于建立的RA小鼠模型, FA-tDON有效缓解炎症细胞浸润、滑膜炎症和软骨损伤(图 4)。此外, 四面体框架核酸在抗炎方面的研究已经较为成熟, 如应用于脓毒症炎症损伤^[68]、强直性脊柱炎炎症^[69]及牙周炎^[70]等疾病的治疗。

4.2 急性肾损伤治疗

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI) 指各种病因引起的短时间内肾功能急剧下降而出现的临床综合征, 严重者可发展至肾衰竭甚至死亡^[71]。为减少患者疼痛或降低手术风险, 有必要开发智能治疗AKI的相关策略。

Jiang等^[72]发现放射性标记的矩形DON能有效缓解横纹肌溶解诱导的急性肾损伤, 并保护肾细胞免受肾毒性物质的侵害。通过Ga-EDTA动态正电子发射断层成像(positron emission tomography, PET)、血液测试和肾组织染色评估其治疗效果。结果显示, 该DON明显地缓解了急性肾损伤。Li等^[73]开发了一种DNA纳米筏的细胞因子递送平台, 精确组装白细胞介素IL-33纳米阵列并靶向递送至肾脏。在肾脏中积聚和缓释的IL-33诱导Ⅱ型固有淋巴细胞增殖, 有效改善缺血再灌注诱导的肾损伤(图 5)。Xu等^[74]设计并合成了一种基于DON的新型microRNA响应纳米天线, 其在健康小鼠和缺血再灌注诱导的AKI小鼠中均显示具有独特的肾脏滞留特性。且该纳米天线能在缺血再灌注治疗后10 min快速检测小鼠AKI的发生, 对急性肾损伤早期诊断和智能治疗提供了新策略。由于矩形DON的肾脏靶向性, 能将各种功能分子递送至肾脏组织。DON在肾脏组织中均显示积极的肾脏聚集并对AKI具有明显的预防或治疗效果。

此外, 目前有机会将已在体内证明有效的DON治疗模式应用于治疗其他肾脏疾病。关键是找到与肾脏疾病发病相关的靶分子^[75]。基于ROS、非编码RNA^[76]和蛋白质^[77]等靶点, 有望设计出治疗其他肾脏疾病的DNA药物递送系统。

4.3 癌症治疗和预防

随着医疗技术的不断进步, 近年来抗癌治疗取得了很大的进步^[78]。然而, 传统的药物治疗方法会产生毒副作用。DON利用其有利特性, 能有效提高药物的疗效并减少细胞毒性^[79]。

化疗是癌症治疗中广泛使用的药物治疗方法。DOX作为一种蒽环类药物可以稳定地加载到DON上以构成复合物。Zhao等^[80]研究了使用该复合物干预3种不同的乳腺癌细胞系, 结果表明, 该复合物表现出更低的细胞毒性和更高的细胞清除率, 证明了其在促进乳腺癌细胞死亡方面的有效性。除DOX外, 其他类型的化疗药物也可被加载到DON上用于治疗癌症。例如, 对消化道癌和其他实体瘤有效的5-氟尿嘧啶(5-FU) 和5-氟-2′-脱氧尿苷(FdU_n) 被加载到表面附着胆固醇的DON上, 以增强细胞摄取。与传统的5-FU和FdU_n相比, FdU_n功能化的DON显示出增强的细胞毒性和更高的诱导结直肠癌细胞凋亡的能力^[81]。

药物治疗是治疗癌症的关键方法。然而, 耐药性问题在癌症患者中越来越普遍^[82]。基于DNA折纸技术的联合疗法已经被验证对肿瘤多药耐药(multiple drug resistance, MDR) 细胞有效。例如, 通过三角形DON平台递送DOX和编码肿瘤抑制因子p53基因到MDR癌症细胞中, 抑制肿瘤生长而不会引起明显的全身毒性或免疫反应^[53]。Liu等^[52]构建的多功能DON通过主动靶向和控释将siRNA和DOX递送到MCF-7R细胞中, 协同抑制肿瘤生长且没有显著的全身毒性。

目前, 癌症疫苗在有效治疗癌症方面具有巨大的潜力。Liu等^[50]构建了一种基于DON纳米器件的疫苗。该疫苗在管状DON内腔中精确组装抗原肽和核酸佐剂, 诱导肿瘤特异性T细胞活化并杀死癌细胞。Zhang等^[83]借助炔丙基锍盐驱动的高效、可逆生物正交反应, 构建了新抗原肽-核酸共价偶联物, 并成功将偶联物引入到DON中。该纳米疫苗表现出良好的血清稳定性和生物安全性, 并能有效携带抗原肽穿透细胞膜进入抗原提呈细胞。Kang等^[84]将DNA折纸技术与硝化T辅助细胞表位相结合, 设计了一种新抗原疫苗递送的通用纳米平台。该平台有效促进了新抗原在淋巴结中的保留, 提高了树突状细胞对抗原肽的摄取和递呈, 并有效激活抗原特异性CD8⁺ T细胞, 显著抑制了肿瘤的生长。Zeng等^[85]利用DON可编程性这一独特特性, 在方形晶格DON上精确调控佐剂分子CpG寡核苷酸的空间间距以增强癌症疫苗的疗效。研究结果表明, 具有最佳空间构型CpG的DON疫苗可有效激活树突状细胞、诱导Th1免疫极化, 从而增强肿瘤免疫治疗的效果。

总之, DON在癌症治疗领域中展现出了非凡潜力, 是治疗癌症的新兴材料。

5 挑战与展望

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随着DNA纳米技术的发展, DON作为新兴的药物递送载体在纳米医学领域已经显示巨大的应用潜力。基于DON的智能药物递送系统具有独特优势。第一, DON的构筑材料完全由生物大分子组成, 具有良好的生物安全性和可降解性; 第二, DNA折纸技术易于通过核酸链的设计控制DON的形状, 目前已经实现一维到三维、平直到弯曲、孤立到复合的DNA纳米结构自组装^[86], 满足多样化的药物递送需求; 第三, 与传统纳米材料相比, DON具有可编程性和纳米尺度的可寻址性^[87], 可以精确编程药物负载位置及负载量, 以满足多样化的药物递送需求。

尽管取得了显著进展, 但进一步推动DON药物递送仍存在一些挑战。首先, DNA纳米结构本质上容易受到血液、细胞外环境和细胞质中存在的核酸酶的影响^[24]。因此有必要采取适当策略保持其在生理条件下的结构稳定性。目前已经探索了几种保持DON稳定性的方法, 包括合理设计^[88]、共价连接^[89]、蛋白质^[27]和脂质包封^[90]及保护涂层^[28]等。虽然这些方法确实显著地改善了DON的稳定性, 但它们也存在干扰DNA结构治疗性能的风险, 主要是干扰治疗药物的装载和释放^[60]。其次, DON潜在免疫原性需要进一步探索, 例如, 常用来构建DON的支架链—噬菌体基因组的特定序列具有弱免疫原性。研究表明, 通过精确设计DNA序列可以调节其免疫原性^[91]。Han等^[92]设计了一种单分子组装策略, 将单链DNA和RNA折叠为预先设计的目标结构。其中单链模板可以预先设计为包含或不包含免疫刺激的序列, 以满足不同应用。此外, 使用保护涂层也可降低DON的免疫原性^[25]。最后, 将治疗性的DON药物递送系统转化为临床应用还涉及长期储存和生产相关问题。储存方面, 许多研究已经通过冻干和低温储存解决了DON及其预组装成分的长期储存问题, 并确定了使其数年保持完整的适当条件^{[93, 94]}; 生产成本方面, Praetorius等^[95]研究的生物技术大规模生产方法可以将DON的成本降低到每mg约0.18欧元; 产量方面, Bellot等^[96]开发了琼脂糖凝胶分离技术, 能够以高产量纯化DON。此外, Lin等^[97]研究出速率区带离心法纯化DON, 并制备出大量的DON, 该方法可扩展且成本效益高、无污染。

基于DNA折纸技术的药物递送载体具有巨大应用潜力, 但目前尚未转化至临床。在此之前, 有必要阐明DON载体的体内特性, 并对其在人体内的安全性进行全面评估。相信基于DON的药物递送载体具有非常好的应用前景, 有望为深入了解和有效治疗疾病提供有力手段。

作者贡献: 殷曾琳完成文章撰写; 王曦维完成文献检索和筛选; 车津晶、刘楠、张慧、王增明确定文章方向及内容组成; 李见春、郑爱萍负责综述的框架设计及文章的校审。

利益冲突: 本文所有作者声明不存在利益冲突关系。

基金

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国家资助博士后研究人员C档(GZC20233575)
军队后勤科研重点项目(BWS21T015)

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2024年第59卷第10期

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文章信息

doi: 10.16438/j.0513-4870.2024-0111

接收时间：2024-02-02
首发时间：2025-11-24
出版时间：2024-10-12

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作者

出版历史

收稿日期：2024-02-02
修回日期：2024-07-09

基金

国家资助博士后研究人员C档(GZC20233575)

军队后勤科研重点项目(BWS21T015)

作者信息

1.蚌埠医科大学药学院, 安徽蚌埠 233030

2.军事医学研究院国家安全特需药品全国重点实验室, 北京 100850

通讯作者:

^*李见春, Tel: 86-552-3175066, E-mail: lijc66577@sohu.com;

郑爱萍, Tel: 86-10-66931694, E-mail: apzheng@163.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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