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仰大勇/刘培峰/姚池合作 AM:DNA纳米复合物用于基因编辑系统和光动力治疗试剂可控共递送
2024-01-19  来源:高分子科技

  近期,天津大学/复旦大学仰大勇教授、上海交通大学刘培峰教授和天津大学姚池副教授合作在DNA材料赋能肿瘤治疗方面取得新进展,发展了脱氧核糖核酸(DNA/上转换纳米颗粒(UCNP)复合物构建新策略,实现了基因编辑CRISPR-Cas9系统和光动力治疗试剂的可控共递送,达到了协同光动力治疗的效果。相关成果发表于国际权威期刊Advanced Materials(先进材料)。主要作者包括博士生宋纳川、硕士生樊晓婷郭小翠博士。研究得到国家自然科学基金资助支持。


  光动力治疗是一种非侵入性的肿瘤治疗方法,依赖于光敏剂(PS)的光诱导激活,进而产生活性氧(ROS),实现对肿瘤细胞的氧化损伤。传统的光动力治疗面临的挑战包括激光穿透能力不足、肿瘤组织微环境乏氧以及肿瘤细胞自身抗氧化调节等,严重削弱了治疗效果。针对这些挑战,研究团队提出了利用DNA材料构建基因编辑系统和光动力治疗试剂共递送载体的新策略,利用DNA材料优异的序列可编程性和分子识别能力,开发新型DNA纳米复合物。材料构建过程中,引入UCNP基元,使用高穿透能力的近红外光激发光动力过程;引入氯高铁血红素(Hemin)基元,缓解肿瘤乏氧;引入基因编辑CRISPR-Cas9基元(Cas9 RNP),下调抗氧化因子核因子E2相关因子2(Nrf2),削弱肿瘤细胞抗氧化调节能力,协同增强光动力治疗效果。


  在DNA纳米复合物的组装过程中,团队通过滚环扩增(RCA)反应合成超长DNA单链,实现了三种模块在DNA链中的融合:sgRNA识别模块、G-四链体负载模块和UCNP-两嵌段DNA结合模块。在两嵌段DNA中,一端的Poly-C序列与UCNP高效结合;另一端与负载Cas9 RNP、Hemin和原卟啉(PP)的单链DNA通过碱基互补配对组装。材料被肿瘤细胞摄取后,响应胞内过表达的核糖核酸酶H(RNase H)而特异性释放Cas9 RNP,通过基因编辑使Nrf2表达下调,削弱癌细胞氧化应激调控能力。在此基础上,Hemin催化内源性过氧化氢(H2O2)转换为氧气(O2),缓解肿瘤乏氧。在近红外光的照射下,UCNP通过反斯托克斯发光将980 nm长波长光转换为409 nm短波长光,激发PP将O2转换为单线态氧(1O2)。这一策略成功实现癌细胞内1O2的积累,有效抑制了肿瘤生长,增强了肿瘤光动力治疗的效果。

 

图1. DNA纳米复合物用于基因编辑系统和光动力治疗试剂可控共递送。


  原文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202309534

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