丁宝全课题组在基于DNA纳米机器的核酸/化疗药物共递送方面取得新进展

在恶性肿瘤的治疗中，化疗药物缺乏选择性，在化疗过程中会引发严重的毒副作用，并且会引发肿瘤的多药耐药现象。因此，发展多种疗法对化疗加以辅助，并构建多功能载药平台，是目前纳米药物的一种研究趋势。基因治疗是一种从源头上实现疾病相关基因调控的策略，已经被广泛报道用于癌症治疗领域。小干扰RNA（Small interfering RNA，siRNA）是一种长度为20-25个碱基的RNA片段，因其能够抑制致病基因表达，逐渐发展成为一种具有广阔前景的抗肿瘤策略。针对肿瘤耐药基因，小干扰RNA可以有效下调其表达，从而增强化疗药物的肿瘤抑制效果。但核酸类药物的血清稳定性较差，易受核酸酶降解。针对小干扰RNA的系统给药，需要其高效汇聚于肿瘤区域。此外，在细胞内的运输过程和在工作环境的有效释放也对小干扰RNA疗效具有较大影响。为实现化疗与基因治疗的协同，急需解决的核心问题之一是如何构建高效、低毒、靶向、结构精确可控的纳米材料作为药物运输和释放系统。

DNA纳米结构具有结构精确可控、易于化学修饰且生物可降解的特点。通过合理设计，可以实现纳米机器的构建及多种功能配体的精确组装和可控释放。国家纳米科学中心丁宝全课题组在前期的工作中构建了多种DNA自组装药物载体与智能响应的DNA纳米机器，在不同的肿瘤模型上都实现了药物精准递送和响应性释放（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 15486; Nature Biotechnol., 2018, 3, 258; Nature Mater., 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0793-6）。在最近的研究工作中，丁宝全课题组利用DNA折纸技术构建了一种三维管状的刺激响应型核酸纳米机器，同时装载和递送两种小干扰RNA和化疗药物阿霉素，实现了在耐药乳腺癌模型中基因治疗和化疗的联合给药。

图1.（a）DNA折纸技术构建基因/化疗药物共递送纳米机器的示意图；（b）利用DNA纳米机器进行联合治疗的示意图

在前期研究的基础上，丁宝全课题组提出了一种由氧化还原反应控制开闭的管状纳米机器。这种管状DNA折纸结构在开启状态下，通过碱基嵌插的方式负载盐酸阿霉素。通过分子杂交的方式，在内腔指定位点上定位定量组装靶向P-gp（P糖蛋白）和Bcl2（B淋巴细胞瘤-2基因）两种耐药相关基因的小干扰RNA。在管状结构的两端和外部修饰TAT多肽，增强该结构的细胞穿膜效率。设计含有二硫键的DNA单链作为锁链，将装载了小干扰RNA的结构封闭，得到闭合的DNA纳米机器。值得注意的是，这种纳米机器在开启状态下的三维非对称结构决定了其只有一个闭合方向，从而保证了小干扰RNA被有效保护在纳米机器内部，避免了RNA酶的攻击。在肿瘤细胞高谷胱甘肽浓度的环境下，闭合纳米机器的二硫键锁链被打开，从而实现内部小干扰RNA的释放。在耐药的肿瘤模型上，这种纳米机器实现了相关基因的表达下调以及肿瘤细胞的杀伤，并且没有产生明显的机体毒性。这种由生物大分子构成、具有良好生物相容性的DNA纳米机器为构建安全、可程序化设计的药物载体提供了新的研究策略。

该研究成果发表于Angew. Chem. Int. Ed.。国家纳米科学中心硕士研究生王昭然、博士研究生宋琳琳和博士研究生刘清为该论文的共同第一作者，蒋乔研究员和丁宝全研究员为共同通讯作者。该研究得到北京市科技计划（前沿新材料研究）、国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项及前沿科学重点研究计划等项目的支持。

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A tubular DNA nanodevice as a siRNA/chemo‐drug co‐delivery vehicle for combined cancer therapy

Zhaoran Wang, Linlin Song, Qing Liu, Run Tian, Yingxu Shang, Fengsong Liu, Shaoli Liu, Shuai Zhao, Zihong Han, Jiashu Sun, Qiao Jiang, Baoquan Ding

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009842